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  • Mtodos avanadosde usinagem

    Ultra-som

  • Mtodos tradicionais x mtodos avanadosNos processos tradicionais, o arranque de material se d por cisalhamento ou abraso. Esses mtodos apresentam limitaes para usinagem de materiais duros e de peas com formas complexas.Por outro lado, os novos processos de usinagem baseiam-se muito mais em princpios eletrofsicos do que nas propriedades mecnicas dos materiais.

  • Segundo esses novos mtodos, a usinabilidade dos materiais depende, predominantemente, de caractersticas como:

    ponto de fuso; condutibilidade trmica; resistividade eltrica; peso atmico.

  • A miniaturizao de peas e componentes e a exatido requerida para atender s necessidades atuais so outros fatores que funcionam como obstculo aos mtodos convencionais de usinagem, mas no constituem problema para os mtodos avanados, que possibilitam a remoo de material molcula por molcula e at mesmo tomo a tomo.

  • Usinagem por ultra-somHertz (Hz): unidade de medida de freqncia. Um Hz corresponde a um ciclo por segundo. O kHz (quilohertz) um mltiplo do Hz e equivale a 1000 ciclos por segundo. As freqncias de sons audveis pelo ouvido humano esto na faixa de 20Hz a 20kHz.Os sons com freqncia abaixo de 20 Hz so chamados infra-sons sons. Os sons com freqncia acima de 20kHz so chamados ultra-sons.

  • A usinagem por ultra-som um processo que permite executar penetraes de formas variadas em materiais duros, frgeis e quebradios como o vidro, a cermica e o diamante, que dificilmente seriam obtidas pelos processos convencionais.Na usinagem por ultra-som, uma ferramenta posta para vibrar sobre uma pea mergulhada em um meio lquido com p abrasivo em suspenso,numa freqncia que pode variar de 20 kHz a 100 kHz.

  • O martelamento produzido pelas vibraes capaz de erodir o material, formando uma cavidade com a forma negativa da ferramenta. No h contato entre a ferramenta e a pea. A usinagem feita pelos gros finos e duros do material abrasivo, que atacam a superfcie da pea.

  • A ferramenta no precisa ser muito dura, podendo ser feita de material fcil de usinar, uma vez que no entra em contato com a pea. Uma variao desse processo de usinagem obtida com o uso de uma ferramenta rotativa, que aumenta a capacidade de remoo do material erodido.

  • Quando conjugado com uma mesa do tipo CNC, o equipamento com ferramenta rotativa possibilita a obteno de figuras complexas, por contorneamento. O processo de usinagem por ultra-som aproveita a energia de vibrao mecnica nica, comunicada aos gros de abrasivo, que vibram na mesma direo do sonotrodo.

  • O sonotrodo constitudo por uma barra metlica, na qual se ativam as vibraes ultra-sonoras, no sentido do seu eixo. Na ponta do sonotrodo fixada a ferramenta, com a forma inversa da que se deseja dar pea a ser usinada.

  • As vibraes mecnicas s se propagam atravs de um meio material, nunca no vazio. Essas vibraes transmitem-se por excitao das molculas, que oscilam ao redor de sua posio de repouso.

  • Um ponto em oscilao, partindo de uma posio extrema e voltando a esta posio, completa um ciclo e tem uma amplitude (A) determinada. O nmero de ciclos efetuados por unidade de tempo, ou freqncia das oscilaes, uma caracterstica essencial das vibraes. A amplitude dada pelo mximo afastamento do ponto em relao a sua posio de equilbrio.

  • O conjunto de vibraes locais e sua propagao formam uma onda de vibraes. As ondas se propagam atravs dos materiais a uma velocidadeconstante. Esta velocidade depende da natureza do material e do tipo de onda considerado. Para as aplicaes industriais, as ondas longitudinaisso as mais utilizadas

  • Gerao dos ultra-sonsA maior parte dos corpos materiais possui certas propriedades elsticas. Isto quer dizer que, se uma parte do corpo forada alm de sua posio natural, a reao do corpo tende a trazer esta parte de volta para o seu lugar. Produz-se, assim, um movimento de oscilao comparvel ao de um pndulo de mola.

  • Ondas longitudinais: as partculas vibram na mesma direo da propagao da onda, ou seja, oscilam em torno de sua posio de repouso, em uma direo paralela direo de propagao.

  • A maior parte dos corpos materiais possui certas propriedades elsticas. Isto quer dizer que, se uma parte do corpo forada alm de sua posio natural, a reao do corpo tende a trazer esta parte de volta para o seu lugar. Produz-se, assim, um movimento de oscilao comparvel ao de um pndulo de mola.

  • Cada corpo tem uma freqncia prpria de vibrao. A produo dos ultra-sons utiliza essa capacidade de vibrao que os corpos apresentam. Uma das formas possveis de produzir ultra-som vale-se do efeito Joule magntico, tambm conhecido como magnetostrio.

  • Efeito Joule (Mag): diminuio das dimenses de um slido quando submetido a um campo magntico. O efeito muito pequeno e tem algumas aplicaes prticas importantes como no sonar, em fongrafos etc.

  • Na mquina de ultra-som para usinagem, a parte mais importante da cabea ultra-sonora, que funciona segundo o princpio da magnetostrio, constituda por uma haste em liga de nquel, que envolvida por uma bobina, percorrida por uma corrente de alta freqncia.

  • O campo magntico gerado pela passagem da corrente atravs da bobina provoca a vibrao da haste metlica, no sentido do eixo.Esta haste encontra-se em um banho de leo, que resfriado por uma serpentina em cobre, na qual circula gua.

  • O efeito assim obtido muito pequeno, mas pode ser aumentado desde que se consiga produzir a vibrao em ressonncia com as vibraes prprias da barra.

    Ressonncia: a igualdade entre a freqncia de uma fonte e a freqncia prpria de vibrao de um corpo. Nesse caso, a fonte cede, progressivamente, energia ao corpo, que passa a oscilar numa amplitude cada vez maior.

  • Caractersticas do equipamentoUma mquina de ultra-som para usinagem constituda, basicamente, pelos seguintes componentes:

    um gerador de corrente de baixa freqncia;

    um conversor eletroacstico que consiste de um transdutor eletroacstico, isto , um dispositivo que transforma as oscilaes eltricas em ondas ultrasonoras;

  • um amplificador , feito geralmente de titnio, que tem por funo transmitir e aumentar as amplitudes das vibraes do transdutor sobre o qual est fixado;

    uma ferramenta de usinagem , facilmente intercambivel, que pode ser oca ou macia.

  • O conjunto montado sobre uma guia de preciso, que se desloca verticalmente, sem jogo nem atrito, e equilibrado por um sistema de contrapeso.O equipamento inclui um dispositivo de regulagem de presso sobre a pea a ser usinada, montado na parte exterior da mquina.

  • Nas mquinas mais antigas, um relgio comparador de leitura direta permitia controlar permanentemente a profundidade de penetrao da ferramenta. Atualmente, esse controle feito por sistemas eletrnicos.

  • A pea a ser usinada fixada sobre o tanque de abrasivo que pode ser adaptado a uma mesa de coordenadas, com movimentos comandados por um micrmetro. Este conjunto centralizado sob a ferramenta.Como abrasivo pode-se utilizar o carbeto de boro, de silcio, xido de alumina ou diamante em p, com tamanhos de gros variando entre 0,5 mm e 0,002 mm.

  • O material abrasivo deve ser, no mnimo, to duro quanto a pea usinada. Mesmo assim, parte do prprio abrasivo acaba sendo erodida durante a usinagem, de modo que a rea de usinagem deve ser continuamente alimentada por um suprimento adicional de gros. Este procedimento contribui para resfriar a suspenso durante a usinagem e facilita a remoo do material erodido.

  • Consideraes sobre a usinagem por ultra-somA usinagem por ultra-som permite cortes limpos, porque as vibraes ultra-snicas produzem a fuso do material e, ao mesmo tempo, soldam as pontas das fibras cortadas.

  • Embora furos, ranhuras e formas irregulares possam ser usinadas por ultra-som em qualquer material, pesquisadores sugerem que o processo seja aplicado, preferencialmente, em materiais duros e quebradios, envolvendo reas de superfcies inferiores a 1000 mm2, onde devem ser produzidas cavidades rasas e cortes.

  • Em outras palavras, a usinagem por ultra-som, assim como outros mtodos de usinagem, tambm tem suas limitaes e representa um vasto campo a ser pesquisado e aperfeioado.