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El método de mecanizado por vibración ultrasónica es una técnica de corte eficiente para materiales de tomografía difícil. Se ha comprobado que el mecanismo USM está influenciado por estos importantes parámetros.
Amplitud de oscilación de la herramienta(A0)
Frecuencia de oscilación de la herramienta(f)
Material de la herramienta
Tipo de abrasivo
Tamaño de grano o tamaño de grano de los abrasivos - d0
Fuerza de alimentación - F
Zona de contacto de la herramienta - A
Volumen de concentración de abrasivo en la pulpa de agua - C
Relación de dureza de la pieza con la dureza de la herramienta; λ=σw/σt
| Elemento |
Parámetro |
| Abrasivo | Carburo de boro, óxido de aluminio y carburo de silicio |
| Tamaño de grano (d0) | 100 - 800 |
| Frecuencia de vibración (f) | 19 - 25 kHz |
| Amplitud de la vibración (a) | 15 - 50 µm |
| Material de la herramienta | Aleación de titanio de acero suave |
| Relación de desgaste | Tungsteno 1,5:1 y vidrio 100:1 |
| Separación sobrecortada | 0,02-0,1 mm |
En cambio, el mecanizado ultrasónico es un proceso de mecanizado no térmico, no químico y no eléctrico que deja inalterada la composición química, la microestructura del material y las propiedades físicas de la pieza. A veces conocido como esmerilado de impacto ultrasónico (UIG) o corte por vibración, el proceso de UM puede usarse para generar una amplia gama de características complejas en materiales avanzados.
UM es un proceso de eliminación de material mecánico que puede usarse para mecanizar materiales conductores y no metálicos con una dureza superior a 40 HRC (dureza Rockwell medida en la escala C). El proceso de UM se puede utilizar para mecanizar microcaracterísticas de precisión, taladros redondos y con forma impar, cavidades ciegas y características de OD/ID. Se pueden perforar múltiples operaciones simultáneamente, a menudo reduciendo el tiempo de mecanizado total significativamente .
La energía de alta frecuencia y baja amplitud se transmite al conjunto de herramientas. Un flujo constante de pulpa abrasiva pasa entre la herramienta y la pieza. La herramienta vibratoria, combinada con la pulpa abrasiva, desarma uniformemente el material, dejando una imagen inversa precisa de la forma de la herramienta. La herramienta no entra en contacto con el material; solo los granos abrasivos entran en contacto con la pieza.
En el proceso de UM, se aplica una señal eléctrica de baja frecuencia a un transductor, que convierte la energía eléctrica en vibración mecánica de alta frecuencia (~20 KHz) (ver Figura 2). Esta energía mecánica se transmite a un conjunto de cuerno y herramienta y da como resultado una vibración unidireccional de la herramienta a la frecuencia ultrasónica con una amplitud conocida. La amplitud estándar de la vibración es normalmente inferior a 0,002 pulg. El nivel de potencia para este proceso está en el rango de 50 a 3000 vatios. La presión se aplica a la herramienta en forma de carga estática.
Un flujo constante de pulpa abrasiva pasa entre la herramienta y la pieza. Los abrasivos más utilizados incluyen diamante, carburo de boro, carburo de silicio y alúmina, y los granos abrasivos se suspenden en agua o en una solución química adecuada. Además de proporcionar grano abrasivo a la zona de corte, la pulpa se utiliza para eliminar los residuos. La herramienta vibratoria, combinada con la pulpa abrasiva, desarma el material uniformemente, dejando una imagen inversa precisa de la forma de la herramienta.
El mecanizado ultrasónico es un proceso de mecanizado abrasivo suelto que requiere una fuerza muy baja aplicada al grano abrasivo, lo que conlleva una reducción de los requisitos de material y un mínimo o ningún daño a la superficie. La eliminación de materiales durante el proceso de UM puede clasificarse en tres mecanismos: Abrasión mecánica por martilleo directo de las partículas abrasivas en la pieza (mayor), micro-astillamiento por el impacto de los abrasivos de movimiento libre (menor), y erosión inducida por cavitación y efecto químico (menor).2
Los índices de eliminación de materiales y la rugosidad superficial generada en la superficie mecanizada dependen de las propiedades del material y de los parámetros del proceso, incluidos el tipo y el tamaño del grano abrasivo empleado y la amplitud de la vibración, así como la porosidad, dureza y dureza del material. En general, la tasa de eliminación de material será menor para materiales con alta dureza de material (H) y dureza de fractura (KIC).
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