¿Qué es el Mecanizado Asistido por Ultrasonido? | Hantop Intelligence Tech.

2024Año 11Mes 26Día


 

¿Qué es el Mecanizado Asistido por Ultrasonido? | Hantop Intelligence Tech.

 

Principio de Funcionamiento del Mecanizado Asistido por Ultrasonido



El mecanizado asistido por ultrasonido es un proceso de fabricación sustractivo no convencional que utiliza la potencia de vibraciones de alta frecuencia para eliminar material de la pieza de trabajo.  El rango de vibración ultrasónica suele ser superior a 20kHz (20,000 oscilaciones por segundo), lo que puede considerarse un proceso silencioso, ya que el oído humano no puede escuchar frecuencias tan altas.

En general, la potencia ultrasónica se transmite a través de un transductor hacia la herramienta de corte, proporcionando a la herramienta microvibraciones de alta frecuencia para facilitar los procesos de fresado, perforado y rectificado.  El mecanizado asistido por ultrasonido se utiliza principalmente en el mecanizado de materiales avanzados, mostrando sus mayores beneficios en materiales duros y frágiles o difíciles de cortar, como cerámicas técnicas (Al2O3 / óxido de aluminio, ZrO2 / dióxido de circonio, SiC / carburo de silicio, cuarzo), vidrio óptico, carburo de tungsteno, acero inoxidable, acero endurecido, aleaciones resistentes al calor (Ti-6Al-4V / aleación de titanio, Inconel 718 / aleación de níquel), entre otros.

Principio de funcionamiento del mecanizado ultrasónico rotativo para la eliminación de material, fuente: Precise Drilling of Holes in Alumina Ceramic (Al2O3) by Rotary Ultrasonic Drilling and its Parameter Optimization using MOGA-II
(Figura 1. Principio de funcionamiento del mecanizado ultrasónico rotativo para la eliminación de material, fuente: Precise Drilling of Holes in Alumina Ceramic (Al2O3) by Rotary Ultrasonic Drilling and its Parameter Optimization using MOGA-II)


La microvibración de alta frecuencia actúa como una serie continua de golpes que crean microgrietas en la pieza de trabajo para facilitar la eliminación del material.  La superficie de la pieza de trabajo recibe impactos constantes de la herramienta, lo que genera tensiones dentro del material hasta un punto que forma microgrietas.  Estas microgrietas permiten que el material se elimine fácilmente de la pieza de trabajo.

Por lo tanto, el mecanizado asistido por ultrasonido se utiliza frecuentemente en el mecanizado de microcaracterísticas, como microperforaciones (más información sobre el Micro-Perforado Asistido por Ultrasonido de Carburo de Silicio), perforaciones pequeñas y profundas (más información sobre la Perforación Profunda Asistida por Ultrasonido en Acero al Carbono AISI-1045), fresado de roscas internas diminutas (más información sobre el Roscado Interno M2 Asistido por Ultrasonido de Óxido de Aluminio) o fresado de ranuras con alta relación de aspecto (más información sobre el Fresado de Ranuras Completas Asistido por Ultrasonido en Acero Aleado AISI-4140).

El módulo de mecanizado asistido por ultrasonido de HIT sirve para proporcionar un proceso de mecanizado optimizado como solución al mecanizado de materiales avanzados
(Figura 2. El módulo de mecanizado asistido por ultrasonido de HIT sirve para proporcionar un proceso de mecanizado optimizado como solución al mecanizado de materiales avanzados)




 

Tecnología Única y de Vanguardia del Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT

 

Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT: Información del Producto

 

[Un conjunto del Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT]

Colección de la serie de productos del Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT
(Figura 3. Colección de la serie de productos del Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT)


Un conjunto del Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT incluye: a) un controlador ultrasónico   b) un portaherramientas ultrasónico (series HBT, HSK, CAT)   c) un transmisor de potencia ultrasónico   d) un panel de control externo.

a) Controlador Ultrasónico - Se utiliza para generar potencia ultrasónica y detectar automáticamente la frecuencia adecuada de vibración para las herramientas de corte. El cliente puede ajustar la amplitud de oscilación ultrasónica con el porcentaje de nivel de potencia, dependiendo del material de mecanizado objetivo.

Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT - controlador ultrasónico
(Figura 4. Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT - controlador ultrasónico)


b) Portaherramientas Ultrasónico - HIT ofrece las especificaciones más comunes: las series HBT, HSK y CAT de portaherramientas, que son altamente compatibles con la mayoría de los tipos de husillos en centros de mecanizado CNC.

Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT - portaherramientas ultrasónicos
(Figura 5. Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT - portaherramientas ultrasónicos)


c) Transmisor de Potencia Ultrasónico - Se instala justo al lado del portaherramientas ultrasónico para transmitir la potencia ultrasónica al portaherramientas. Habrá un espacio de 0.5mm entre ambos (la tecnología de transmisión de potencia ultrasónica "sin contacto").

Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT - transmisor de potencia ultrasónico
(Figura 6. Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT - transmisor de potencia ultrasónico)


Proceso de mecanizado real utilizando el Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT
(Figura 7. Proceso de mecanizado real utilizando el Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT)


d) Panel de Control Externo - Tiene la misma interfaz que el controlador ultrasónico. Los operarios pueden usar este panel para controlar el controlador mientras este está instalado dentro de la caja de control de la máquina herramienta.

Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT - panel de control externo
(Figura 8. Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT - panel de control externo)



 

[Ilustración Esquemática de la Integración con la Máquina]


A continuación, se muestra una ilustración de la integración del módulo con la máquina.

Instalación e integración del módulo de mecanizado asistido por ultrasonido de HIT con la máquina
(Figura 9. Instalación e integración del módulo de mecanizado asistido por ultrasonido de HIT con la máquina)


Aquí se muestra una ilustración detallada de la instalación del transmisor de potencia ultrasónico y el portaherramientas ultrasónico.

Posición de instalación del portaherramientas ultrasónico de HIT y el transmisor de potencia con el dispositivo de montaje del transmisor de potencia
(Figura 10. Posición de instalación del portaherramientas ultrasónico de HIT y el transmisor de potencia con el dispositivo de montaje del transmisor de potencia)



 

Diseño Único en la Tecnología Ultrasónica de HIT

 

[Transmisión de Potencia Ultrasónica Sin Contacto]


El método o dispositivo para transmitir potencia ultrasónica desde el transformador de velocidad (o transductor) hacia la herramienta de corte varía según la marca. El portaherramientas ultrasónico de HIT implementa la tecnología única de "transmisión de potencia ultrasónica sin contacto (inalámbrica)", que incorpora elementos piezoeléctricos para generar microvibraciones de alta frecuencia (20~32kHz) en la herramienta de corte.

La tecnología única de transmisión de potencia ultrasónica sin contacto/inalámbrica desarrollada por HIT
(Figura 11. La tecnología única de transmisión de potencia ultrasónica sin contacto/inalámbrica desarrollada por HIT)


Entre el transmisor de potencia ultrasónico y el portaherramientas ultrasónico existe un espacio de aire de 0.5mm. Este diseño elimina la necesidad de reemplazar regularmente los cepillos de carbón y los anillos colectores conductores en los productos tradicionales de mecanizado ultrasónico, lo que no solo reduce los costos de producción, sino que también permite aumentar la velocidad de rotación.



 

[Detección Automática de Frecuencia y Ajuste Flexible de la Amplitud de Oscilación]


El controlador ultrasónico no solo genera potencia ultrasónica (salida), sino que también tiene la capacidad de detectar y buscar automáticamente la frecuencia adecuada de la herramienta de corte (entrada) mediante un escaneo automático de frecuencia y bloqueo de frecuencia. Las diferentes herramientas de corte tienen frecuencias de vibración correspondientes debido a sus diferentes formas geométricas y materiales del vástago. El controlador ultrasónico funciona constantemente para localizar la frecuencia adecuada para la herramienta durante el proceso de mecanizado, garantizando una interacción estable entre entrada y salida.

El monitor muestra la frecuencia correspondiente de la herramienta de corte detectada por el controlador ultrasónico de HIT
(Figura 12. El monitor muestra la frecuencia correspondiente de la herramienta de corte detectada por el controlador ultrasónico de HIT)


El cliente puede modificar la amplitud de oscilación ultrasónica ajustando la perilla de nivel de potencia en el controlador (de 0% a 100%). Esto controla la intensidad de la oscilación ultrasónica en la dirección axial. La intensidad de la vibración varía según el material objetivo de mecanizado; por ejemplo, el nivel de potencia suele configurarse entre 80-100% al mecanizar aceros endurecidos o aleaciones resistentes al calor, que requieren una fuerza de impacto más fuerte para ayudar en el corte.

La amplitud de oscilación ultrasónica se puede ajustar usando la perilla de nivel de potencia en el controlador
(Figura 13. La amplitud de oscilación ultrasónica se puede ajustar usando la perilla de nivel de potencia en el controlador)



 

[Fácil Instalación del Sistema de Módulos]


Esta tecnología, empaquetada en un sistema de módulos en lugar de una máquina completa, ofrece una instalación e integración sencilla con las máquinas CNC actuales. El módulo puede considerarse como un programa de mejora para máquinas CNC, con un uso más flexible del espacio, menor consumo de energía y costos de inversión significativamente más bajos.





 

Ventajas del Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT



A continuación, se ilustran los tres principales aspectos que generalmente se reconocen como beneficios derivados del proceso de mecanizado asistido por ultrasonido de HIT. (Por lo general, uno o dos de estos aspectos destacan más dependiendo del proceso de mecanizado y su propósito.)

 

Mayor Eficiencia de Mecanizado


Como se mencionó anteriormente, el mecanizado asistido por ultrasonido opera mediante un mecanismo que golpea constantemente la pieza de trabajo con microvibraciones de alta frecuencia, creando microgrietas en el material. Estas microgrietas permiten que el material se desprenda fácilmente de la pieza de trabajo, lo que ayuda a mejorar la tasa de eliminación de material. Cuanto más material se elimine en el mismo período de tiempo, menor será el tiempo total de proceso requerido, lo que se traduce en una mayor eficiencia de mecanizado.

 

Mayor Vida Útil de la Herramienta


En el mecanizado convencional, se genera una alta fuerza de corte y calor al trabajar con materiales avanzados, especialmente en materiales de alta dureza o con propiedades específicas que generan virutas largas y filiformes. Las piezas hechas de materiales avanzados a menudo tienen estrictos estándares o requisitos de calidad, lo que puede requerir herramientas de corte especializadas o de alta gama. La alta fuerza de corte y el calor pueden afectar negativamente la vida útil de la herramienta y aumentar los costos de producción.

Con la aplicación de la tecnología de mecanizado asistido por ultrasonido de HIT, las microvibraciones en la dirección axial (eje Z) permiten que la herramienta de corte se eleve de la pieza de trabajo, creando un contacto intermitente durante el proceso de mecanizado. Esto mejora la entrada de fluido de corte, facilitando la eliminación de virutas y la disipación del calor de corte. Junto con una mejor eliminación del material, ayuda a reducir la fuerza de corte. La fuerza de corte y el calor reducidos contribuyen consecuentemente a una vida útil de la herramienta más estable y prolongada.

Con la tecnología ultrasónica de HIT, la formación de virutas de corte es diferente y mucho más pequeña en comparación con el mecanizado sin ultrasonido
(Figura 14. Con la tecnología ultrasónica de HIT, la formación de virutas de corte es diferente y mucho más pequeña en comparación con el mecanizado sin ultrasonido)


Con la tecnología ultrasónica de HIT, se mejora el enjuague de partículas cerámicas, lo que reduce significativamente el desgaste de la herramienta
(Figura 15. Con la tecnología ultrasónica de HIT, se mejora el enjuague de partículas cerámicas, lo que reduce significativamente el desgaste de la herramienta)

 

Mejor Calidad de la Pieza de Trabajo


En el mecanizado de materiales avanzados, la calidad de la pieza de trabajo (por ejemplo, calidad de microperforaciones o calidad de superficie) es altamente valorada y se considera, en la mayoría de los casos, el factor crítico para que el cliente realice un pedido.

El beneficio más destacado de la tecnología ultrasónica se puede observar en la calidad de perforación de agujeros. Con la reducción de la fuerza de corte, el tamaño de las grietas en los bordes puede disminuir significativamente, especialmente al perforar microagujeros en materiales frágiles.

Con la tecnología ultrasónica de HIT, el tamaño de las grietas en los bordes alrededor de los agujeros de salida se reduce significativamente en la microperforación de materiales de vidrio
(Figura 16. Con la tecnología ultrasónica de HIT, el tamaño de las grietas en los bordes alrededor de los agujeros de salida se reduce significativamente en la microperforación de materiales de vidrio)


Otro beneficio notable es la mejora en la calidad de la superficie, que se traduce en menor rugosidad superficial y mitigación de marcas de herramientas. La reducción de la fuerza / calor de corte disminuye el desgaste de la herramienta y, en consecuencia, modera la fricción entre la herramienta de corte y la pieza de trabajo.

Con la tecnología ultrasónica de HIT, la rugosidad superficial se reduce y las marcas de herramientas se mitigan
(Figura 17. Con la tecnología ultrasónica de HIT, la rugosidad superficial se reduce y las marcas de herramientas se mitigan)


Bajo el supuesto de mantener una excelente calidad de la pieza de trabajo y una vida útil estable de la herramienta, los parámetros de mecanizado pueden optimizarse aún más para lograr una eficiencia de mecanizado aún mayor. En general, más que realizar trucos de magia, el Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT ofrece una solución optimizada para el proceso de mecanizado de materiales avanzados, con el objetivo de proporcionar experiencia de vanguardia en procesos mejorados.





 

Casos de Éxito del Mecanizado Asistido por Ultrasonido de HIT en Materiales Avanzados

 

G81 Micro-Perforación de Óxido de Aluminio (Al2O3) Cerámica


🔸 10 veces MAYOR Eficiencia de Mecanizado 🕑
🔸 5 veces MÁS LARGO Vida útil de la Herramienta 💰

 

(Interpolación Helicoidal) Mecanizado en Rampa Circular de Carburo de Silicio (SiC)


🔸 72% MEJOR Calidad Superficial ✨
🔸 MEJOR expulsión de partículas cerámicas 💰

 

Rectificado Lateral de Vidrio de Cuarzo con Portaherramientas de Rueda


🔸 2 veces MAYOR Eficiencia de Mecanizado 🕑
🔸 3 veces MAYOR Tasa de Eliminación de Material 🕑
🔸 1.5 veces MEJOR Calidad de la Pieza de Trabajo ✨

 

Fresado Lateral de Chaveteros en la Aleación de Níquel (Inconel 718)


🔸 80% MAYOR Eficiencia de Mecanizado 🕑
🔸 90% MEJOR Calidad Superficial ✨
🔸 3 veces MÁS LARGO Vida útil de la Herramienta 💰

 

Fresado Trocoidal de Ranuras en Carburo de Tungsteno


🔸 2 veces MEJOR Calidad Superficial ✨
🔸 2 veces MÁS LARGO Vida útil de la Herramienta 💰

 

Ranurado Completo de Acero Aleado AISI-4140


🔸 2.5 veces MEJOR Calidad Superficial ✨
🔸 300% MÁS LARGO Vida útil de la Herramienta 💰




🔎 Descubre más Casos de Estudio sobre la Tecnología de Mecanizado por Ultrasonido


📺 Mira Videos sobre el Proceso de Mecanizado Asistido por Ultrasonido





-
Hantop Intelligence Tech.
✨Solución Optimizada para el Mecanizado de Materiales Avanzados con el Módulo de Mecanizado Asistido por Ultrasonido✨
☎️ +886-4-2285-0838
📧 sales@hit-tw.com