Lição 6.9CortarCapítulo 6 · Corte e usinagem não convencional

Usinagem ultrassônica

Uma ferramenta que vibra martela grãos abrasivos contra a superfície

A usinagem ultrassônica faz uma ferramenta com forma vibrar cerca de 20.000 vezes por segundo contra um material duro e frágil, através de uma pasta de grãos abrasivos. Cada golpe lasca minúsculos flocos, então a forma da ferramenta afunda devagar no vidro ou na cerâmica sem trincá-los. Ela faz os furos quadrados, em estrela e em rasgo em vidro e cerâmica que uma broca estilhaçaria.

Foto: Public domain, via Wikimedia Commons

Usinagem ultrassônica · a máquina e um close da ponta da ferramentaOs números em círculo correspondem às etapas abaixo; o close à direita amplia a ponta da ferramenta.

Como funciona

Gere o sinal. Um gerador produz um sinal elétrico geralmente de 18–40 kHz (milhares de ciclos por segundo), logo acima da faixa da audição humana.
Transforme-o em vibração. Um transdutor piezoelétrico (uma pilha de cristais que cresce e encolhe com a tensão) converte o sinal em vibração mecânica.
Amplifique-a. A corneta, ou sonotrodo (uma barra metálica cônica), amplia o movimento para alguns centésimos de milímetro na ponta da ferramenta.
Alimente a pasta. Uma pasta (água misturada com grãos abrasivos, como carboneto de boro, carboneto de silício ou alumina) flui entre a ferramenta e a peça.
Lasque. Cada golpe da ferramenta crava grãos na superfície. O material frágil se solta em minúsculas lascas; a ferramenta em si nunca corta diretamente.
Avance e copie. Uma força leve e constante empurra a ferramenta para baixo, então seu formato negativo exato afunda na peça. Pasta fresca leva os resíduos embora.

Dados-chave

Materiais: Materiais duros e frágeis: vidro, quartzo, safira, cerâmicas de alumina e zircônia, carboneto de silício, ferrite, carbonetos. Ruim em metais macios e dúcteis.
Peças típicas: Furos redondos e de formas estranhas, rasgos, cavidades rasas e gravação em peças frágeis
Tamanho da peça: Detalhes de cerca de 0,1 mm a algumas dezenas de milímetros; a face da ferramenta costuma ser pequena
Precisão: Geralmente alguns centésimos de milímetro
Acabamento superficial: Fina e fosca, sem dano térmico nem rebarbas; mais lisa com grão mais fino, muitas vezes Ra (altura média das irregularidades da superfície) abaixo de 1 µm
Tamanho de lote adequado: De protótipos a grandes séries (de uma peça a 100.000 ou mais)
Custo de ferramental e máquinas: As ferramentas são simples e macias (muitas vezes de aço de baixo carbono), mas se desgastam rápido; máquinas a partir de dezenas de milhares de dólares, mais para versões rotativas CNC
Velocidade: Lenta: a ferramenta geralmente avança de uma fração de milímetro a cerca de um milímetro por minuto

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Corta vidro, cerâmica e pedras preciosas sem trincá-los
Qualquer formato de furo, não só redondo
Sem calor, sem mudança química, sem rebarbas
Funciona em isolantes elétricos, ao contrário da EDM e da ECM

Limites

Lenta, especialmente para furos profundos
A ferramenta se desgasta e precisa ser trocada ou refeita
Ruim em metais macios e dúcteis, que amassam em vez de lascar
Furos profundos ficam cônicos, e a pasta tem dificuldade de chegar ao fundo

Onde é usado

EletrônicaFuros e rasgos em substratos cerâmicos, ferrite e peças de quartzo
ÓpticaFuros com forma em janelas de vidro, quartzo e safira
AeroespacialDetalhes em cerâmicas técnicas e compósitos cerâmicos
Relojoaria e joalheriaFuração de pedras preciosas e peças de safira
LaboratóriosPeças de vidro e quartzo para instrumentos científicos

Como reconhecê-lo

Furos não redondos (quadrados, estrelas, rasgos) cortados em vidro ou cerâmica.
Paredes de furo com textura fosca fina, jateada, e sem marcas de calor.
Uma leve conicidade em furos profundos e minúsculas lascas ao longo da borda de saída.

Compare com

Eletroerosão por penetração6.6também copia uma ferramenta com forma na peça, mas com faíscas, então só funciona em materiais condutores.Corte por jato de água6.4também usa grãos abrasivos, mas um jato os carrega, cortando perfis vazados em vez de cavidades cegas.Retificação5.7também abrasiva, mas os grãos ficam presos em um rebolo giratório em vez de serem martelados soltos.

Assista

ADTW Study · Uma animação da ferramenta que vibra, da pasta e da cavidade

Innovative learning of Engineering By MuthuKumar · O transdutor, a corneta, a ferramenta e a alimentação de pasta explicados

Berkness Company · Imagens reais de uma oficina de usinagem

DMG MORI · A variante rotativa moderna: uma ferramenta diamantada giratória que também vibra

Veja fotos reais

Wikipédia: Usinagem ultrassônica — princípio, frequências, abrasivos e variantes (principalmente texto)
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

Uma ferramenta que vibra cerca de 20.000 vezes por segundo martela grãos abrasivos que lascam o material frágil.
É o método de furos com forma para vidro, cerâmica e gemas, que brocas e faíscas não conseguem tratar.
Procure furos de formas estranhas em vidro ou cerâmica com parede jateada.