Guía de Mecanizado Ultrasónico de CMC: Mayor Tasa de Eliminación de Material, Mejores Agujeros y Mayor Vida útil de Herramienta

2025Año 11Mes 18Día


 

 Guía de Mecanizado Ultrasónico de CMC: Mayor Tasa de Eliminación de Material, Mejores Agujeros y Mayor Vida útil de Herramienta 



Usando una rueda diamantada galvanizada #80 Φ120 mm junto con el Módulo Ultrasónico de Rueda HIT HBT-40, se logró una tasa de eliminación de material 3.3 veces mayor y una vida útil de la muela 3 veces más larga en comparación con el rectificado base de discos de freno carbocerámicos (CCB).  Con el Módulo de Portaherramientas Ultrasónico HIT HBT-40 y una broca diamantada Φ5mm, se alcanzó un tiempo de ciclo 5 veces más rápido, tamaño de grieta ≤ 0,1mm, y una vida útil de herramienta 4 veces más larga.  Las condiciones y parámetros de prueba se detallan en las Tablas A-D.
 

 

¿Por qué los CMC son difíciles de mecanizar?

 

🔘 ¿Qué propiedades del material provocan astillado, deshilachado y calor?

 

Baja tenacidad a la fractura y limitada plasticidad


Los CMC (Compuestos de Matriz Cerámica) poseen baja tenacidad a la fractura y prácticamente nula plasticidad, lo que provoca que las grietas se inicien en pequeños defectos en lugar de formar una viruta continua.

Fragmento de disco de freno carbocerámico de automóvil deportivo
(Figura 1. Fragmento de disco de freno carbocerámico de automóvil deportivo)

 

Alta dureza y fases cerámicas abrasivas


Sus fases muy duras y abrasivas (por ejemplo, SiC, Al₂O₃) intensifican el desgaste y la fricción de la herramienta, concentrando el calor en la interfaz herramienta-pieza.

 

Arquitectura heterogénea y anisotrópica


La estructura de fibra heterogénea causa fuerzas de corte inestables; las interfaces fibra-matriz débiles favorecen delaminaciones, generando bordes irregulares y deshilachados.

 

Propiedades térmicas que concentran el calor


Muchas matrices presentan conductividad térmica limitada, lo que acumula calor de corte, aumentando el riesgo de desgaste y quemadura de la herramienta.

 

Sensibilidad a la oxidación


A altas temperaturas, la fragilización oxidativa de las fases con carbono reduce aún más la tenacidad y acelera el astillado de los bordes.


 

🔘 ¿Dónde fallan los procesos convencionales de rectificado y perforado en CMC?

 

Procesos lentos con alta generación de calor y consumo de ruedas


El rectificado de CMC es lento y desgasta rápidamente las ruedas, debido a las fases cerámicas duras y abrasivas.  Los granos de diamante se embotan o desprenden rápidamente, por lo que la profundidad de corte y el avance deben mantenerse bajos para evitar fracturas frágiles y sobrecalentamiento.  Esto causa mayor generación de calor, rápido desgaste y frecuentes ciclos de rectificado, manteniendo baja la tasa de eliminación de material y alto el consumo de ruedas.

 

Largos tiempos de proceso, baja calidad de agujeros y fuerte desgaste de herramienta


El taladrado de CMC es lento, produce grietas en los bordes de los agujeros y sobrecalienta las herramientas, debido a la alta dureza y estructura heterogénea.  El contacto continuo con las fases duras y abrasivas desgasta rápidamente el recubrimiento de diamante.  Para evitar grietas, es necesario reducir la eficiencia, aumentando aún más el tiempo de ciclo.
 
 

¿Cómo mejora HIT Ultrasonic el mecanizado de CMC?

 

🔘 ¿Cuál es el mecanismo ultrasónico en el rectificado y el taladrado?

 

Mecanismo ultrasónico en el proceso de rectificado


El ultrasonido aplica microvibraciones de alta frecuencia (más de 20,000 veces por segundo en dirección axial) a la rueda.  Estas vibraciones separan periódicamente la rueda de la pieza, transformando el rozamiento convencional en microimpactos, lo que facilita la eliminación de material.  La separación periódica también inyecta fluido de corte en la interfaz, ayudando al enfriamiento y a la evacuación de virutas.

Rectificado superficial asistido por ultrasonido de disco de freno carbocerámico con HIT
(Figura 2. Rectificado superficial asistido por ultrasonido de disco de freno carbocerámico con HIT)

 

Mecanismo ultrasónico en el proceso de perforado


El microcorte percutivo generado por las microvibraciones ultrasónicas induce microfracturas controladas en las fases frágiles, cambiando el modo de eliminación de material de trituración a formación controlada de virutas o polvo.  Los tiempos de contacto más cortos y la mejor mecánica de fractura reducen la fricción y el calor, facilitando la entrada del refrigerante en la zona de corte.


 

🔘 Métodos y resultados del rectificado ultrasónico de CMC por HIT

 
Tabla A. Rectificado Ultrasónico de CMC – Información del Proceso
  Material   Disco de Freno Carbocerámico (C/SiC)
  Tipo   Rectificado Superficial (Desbaste)
  Portaherramientas      HBT40-W01 Portaherramientas de Rueda de Rectificado         
  Herramienta       Rueda Diamantada Galvanizada #80 Φ120mm
 
 

[Rectificado Superficial de Discos de Freno Carbocerámicos] Métodos de Mecanizado

 
Tabla B. Parámetros (Convencional vs. Ultrasónico)
  Velocidad del Husillo
(S: rpm)		 Avance
(mm/min)		  Profundidad Radial de Corte
(Ae: mm)		  Profundidad Axial de Corte 
(Ap: mm)		 Nivel de Potencia Ultrasónica
(%)
Ultrasonido de HIT 5,952 1,200 20 0.020 100
Proceso Original 900 0.008 -
 
 
  • El sistema ultrasónico HIT aplica microvibraciones de alta frecuencia que hacen que la rueda impacte intermitentemente la pieza durante el proceso, creando espacio para el enfriamiento y la evacuación de virutas, ayudando a reducir la fuerza de rectificado.
  • La reducción de la fuerza de rectificado permite aumentar el avance y la profundidad de corte por pasada, logrando una mejora global de 3.3 veces en la tasa de eliminación de material.  Junto con el mejor enfriamiento y evacuación de virutas, el sistema HIT Ultrasonic logra prolongar la vida útil de la rueda 3 veces.
 
 

[Rectificado Superficial de Discos de Freno Carbocerámicos] Resultados de Mecanizado

 
Tabla C. Resultados – Mayor Tasa de Eliminación de Material y Vida Útil de Rueda con Ultrasonido
  Tasa de Eliminación de Material
(mm3/min)		 Vida Útil de Rueda
(piezas/rueda)
Ultrasonido de HIT 480 3
Proceso Original 144 1


Rectificado ultrasónico de disco carbocerámico con 3,3 veces mayor tasa de eliminación de material
(Figura 3. Rectificado ultrasónico de disco carbocerámico con 3,3 veces mayor tasa de eliminación de material)


Rectificado ultrasónico con 3 veces mayor vida útil de rueda
(Figura 4. Rectificado ultrasónico con 3 veces mayor vida útil de rueda)


🧠 Más información: Rectificado Superficial de Discos de Freno Carbocerámicos




🔘 Métodos y resultados del taladrado ultrasónico de CMC por HIT
 
Tabla D. Perforación Ultrasónica de CMC – Información del Proceso
  Material    Disco de Freno Carbocerámico (C/SiC)
  Geometría   Φ5 x 5mm (agujeros ciegos)  *relación 1:1      
  Portaherramientas       HBT-40 Portaherramientas Ultrasónico
  Herramienta      broca diamantada Φ5mm
 

[Perforación de Discos de Freno Carbocerámicos] Métodos de Mecanizado

 
Tabla E. Parámetros (Convencional vs. Ultrasónico)
  Velocidad del Husillo
(S: rpm)		 Avance
(mm/min)		 Perforación por Pasos
(mm)		  Profundidad Axial de Corte 
(Ap: mm)		 Nivel de Potencia Ultrasónica
(%)
Ultrasonido de HIT  4,000~6,500  2~8  0.16~1.00  2.5~5 50
Proceso Original 4,000 1 0.04 5 -
 
 
  • Durante el mecanizado ultrasónico HIT, la herramienta impacta intermitentemente la pieza, generando espacio para el enfriamiento y la eliminación de virutas, reduciendo la fuerza de perforación.
  • La reducción de esta fuerza permite optimizar los parámetros de mecanizado, acortando el tiempo de proceso por agujero y alcanzando una eficiencia 5 veces mayor.
  • El impacto de la herramienta se vuelve más pequeño pero más frecuente, reduciendo significativamente el tamaño de las grietas en los bordes de los agujeros.
  • Esto mejora la calidad del agujero 5 veces.  En comparación con el proceso sin ultrasonido (con los mismos parámetros optimizados), el número de agujeros perforados por herramienta aumenta, y la vida útil total de la herramienta se multiplica por 4.
 
 

[Perforación de Discos de Freno Carbocerámicos] Resultados de Mecanizado

 
Tabla F. Resultados – Mayor Eficiencia, Agujeros más Limpios y Mayor Vida Útil de Herramienta con Ultrasonido
  Tiempo de Proceso
(min/agujero)		 Tamaño de Grietas en Bordes
(mm)		 Número de agujeros
(agujeros/herramienta)
Ultrasonido de HIT 3 0.1 12
Proceso Original 15 0.5 3


Taladrado ultrasónico con 5 veces mayor eficiencia
(Figura 5. Taladrado ultrasónico con 5 veces mayor eficiencia)


Taladrado ultrasónico con 5 veces mejor calidad de agujero
(Figura 6. Taladrado ultrasónico con 5 veces mejor calidad de agujero)


Taladrado ultrasónico con 4 veces mayor vida útil de herramienta
(Figura 7. Taladrado ultrasónico con 4 veces mayor vida útil de herramienta)


🧠 Más información: Perforación de Discos de Freno Carbocerámicos
 
 

Aplicaciones industriales del mecanizado ultrasónico de CMC

 

🔘 Discos de Freno Carbocerámicos (CCB) en la Industria del Automovilismo


Discos de freno carbocerámicos usados en automovilismo - foto: Gemanis Industries LLC
(Figura 8. Discos de freno carbocerámicos usados en automovilismo - foto: Gemanis Industries LLC)


Los discos de freno carbocerámicos (C/SiC) se emplean en competiciones GT y de resistencia, por su bajo peso, alta rigidez y resistencia al desvanecimiento térmico frente a los discos de hierro.  Menor masa significa mejor respuesta, dirección más rápida y frenado más estable.  Su matriz cerámica ofrece mayor resistencia a la oxidación y al desgaste incluso en condiciones húmedas.  Requieren calentamiento y asentamiento de pastillas, son sensibles a impactos y choques térmicos, y tienen coste elevado; se eligen cuando la durabilidad y consistencia son prioritarias.


 

🔘 Soportes de Aeronaves en la Industria Aeroespacial


Imagen generada por IA – Simulación de soportes aeronáuticos fabricados con CMC
(Figura 9. Imagen generada por IA – Simulación de soportes aeronáuticos fabricados con CMC)
 

Los compuestos de matriz cerámica (CMC) se utilizan en soportes de aeronaves situados cerca de zonas calientes (nacelas, ductos de escape, escudos térmicos), donde los metales se deforman u oxidan.  Los soportes de CMC reducen peso, mantienen rigidez a alta temperatura y minimizan la expansión térmica, mejorando la estabilidad estructural.  Aíslan el calor, disminuyendo las cargas térmicas en uniones y revestimientos.  Sus desafíos incluyen mayor costo, sensibilidad a muescas y tolerancias de mecanizado muy ajustadas.
 
 

Preguntas Frecuentes Sobre el Mecanizado Ultrasónico de CMC

 

🔘 P1. ¿Qué tipo de granos y uniones de diamante son adecuados para obtener alta MRR?


Se recomienda usar diamante grueso con granulometría #60-#120 para procesos de desbaste con gran eliminación de material.  Comenzar con #80 y pasar a granos más finos solo si la calidad del borde lo requiere.  La rueda diamantada galvanizada es ideal para máxima capacidad de corte y ciclos cortos-medios.  En combinación con la tecnología ultrasónica se logra reducir la fuerza de rectificado, mejorar la refrigeración y aumentar la tasa de eliminación de material.

 

🔘 P2. ¿Qué amplitud es adecuada para el taladrado de CMC?


En el taladrado de CMC, usar 100% de potencia ultrasónica (≈ 15µm de amplitud) puede ser demasiado agresivo, generando microastillados y grietas.  La tecnología de taladrado ultrasónico HIT permite contacto intermitente y corte asistido por fractura sin sobreimpacto, reduciendo el empuje y el par de torsión, y minimizando los daños en los bordes.  Se recomienda usar alrededor de 50% de potencia ultrasónica al perforar discos de freno carbocerámicos (CCB).



💡 Más información: Soluciones de Procesos Ultrasónicos HIT
para el mecanizado de materiales avanzados (cerámica, cuarzo, vidrio, compuestos de matriz cerámica, etc.)

📖 Referencias:

-
Hantop Intelligence Tech.
✨Solución de Proceso Ultrasónico para el Mecanizado de Materiales Avanzados✨
☎️ +886-4-2285-0838
📧 sales@hit-tw.com