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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA MECANICACURSO:DISEO DE SISTEMAS DE PRODUCCION

DOCENTE:DR. VCTOR MANUEL ALCNTARA ALZA

ALUMNOS:BAUTISTA ORTIZ EDUARDOCRUZADO ARAUJO JAVIERHERRERA MARRUFO ANDERSONQUEZADA FAJARDO ORLANDORAMOS SPARROW OSWALDOMECANIZADO ULTRASONICO

IntroduccinEn los procesos no tradicionales se clasifican de acuerdo con la forma principal de energa que usan para remover materiales. En esta clasificacin hay cuatro tipos:MecnicosElctricosTrmicosQumicos

IntroduccinPROCESOS MECNICOSEn estos procesos no tradicionales se usa energa mecnica en alguna forma diferente a la accin de una herramienta de corte convencional. La forma comn de accin mecnica en los procesos es el trabajo mediante una corriente de alta velocidad de abrasivos o fluidos (o ambos).TIPOS : maquinado ultrasnico.Procesos con chorro de agua y chorro abrasivo.

IntroduccinLos procesos no tradicionales se han desarrollado como respuesta a los requerimientos nuevos y singulares que no pueden cumplirse mediante procesos convencionales.

El maquinado ultrasnico se desarrollo por la necesidad de maquinar materiales de trabajo duros y frgiles, tales como la cermica, el vidrio y los carburos. tambin se usa con xito en los aceros inoxidables y titanio

Historia del USMLas perspectivas del uso de ondas sonoras de alta frecuencia para el mecanizado se observ ya en 1927 por Wood y Loomis.

Cuando un lquido est expuesto a las ondas de ultrasonidos burbujas son creadas, lo que se conoce como cavitacin. Las ondas sonoras hacen hincapi en estas burbujas, haciendo que crezcan, contraigan y finalmente implosionan. Con la implosin, se producen gran calor y presin, que crean micro picaduras.Historia del USMLas primeras patentes sobre USM apareci en 1945, presentadas por Balamuth. Mientras investigaba la picadura ultrasnica de polvos abrasivos, Balamuth encontr que la superficie de un recipiente que contena la suspensin abrasiva se desintegr cuando la punta de un transductor de vibracin ultrasnica se coloc cerca de ella.

Por otra parte, la forma de la cavidad as producida reprodujo con exactitud la de la punta del transductor.

Historia del USMUna amplia gama de materiales frgiles, incluyendo el vidrio, cermica y diamante, podra ser tratado eficazmente de esta manera.Los beneficios para la industria de este descubrimiento fueron reconocidos rpidamente, y en la dcada de 1950 comenz la produccin de mquinas-herramientas ultrasnicas.SISTEMA DE MECANIZADOComponentes del sistema USM

Elementos Principales de USM

Transductor(energa magntica en energa mecnica)Zona amplificadoraZona de mecanizadolFluido abrasivolPieza de trabajoHerramientaConcentradorTransductor MagnetoestrictorEnerga elctrica de alta frecuenciaTransductor Magnetoestrictor

Transductor MagnetoestrictorEfecto de la magnetoestriccion fue descubierto en 1874 por Joule.

Con este fenmeno, un campo magntico sometido a una variacin de frecuencias ultrasnicas (18 a 20 KHz) provoca cambios correspondientes en la longitud de un objeto ferromagntico colocado en su regin de influencia.

Se hace uso de este fenmeno para oscilar la herramienta de la USM.Mtodo Operacin del MagnetoestrictorEl coeficiente de magnetoestriccion es la elongacin del material:

Donde:= Variacin de longitud del magnetoestrictor= Longitud inicial del magnetoestrictor

Mtodo Operacin del Magnetoestrictor

Mtodo Operacin del Magnetoestrictor

Mtodo Operacin del MagnetoestrictorDefinimos la longitud de onda del campo magntico:

Cs = Velocidad del sonido en el magnetoestrictorf = frecuencia de onda del campo magntico

Mtodo Operacin del Magnetoestrictor

Mtodo Operacin del Magnetoestrictor

Mtodo Operacin del MagnetoestrictorPara una mxima eficiencia y amplificacin de la onda obtenida, es necesario que la frecuencia del campo magntico excitador sea igual a la frecuencia de natural de resonancia del magnetoestrictor.

Mtodo Operacin del MagnetoestrictorUna medida de la eficiencia con que se convierte energa magntica en mecnica, es el coeficiente de acople magnetomecanico (Km).

Ew = Energa mecnicaEm = Energa magntica

Mtodo Operacin del Magnetoestrictor

Amplificador MecnicoLa elongacin obtenida a la frecuencia de resonancia esta usualmente entre 0,001 m y 0,1 m, que es muy pequea para usos prcticos de mecanizado.

Es por esto, que se incrementa la amplitud de vibracin, con un amplificador que se acopla en la parte inferior del transductor.

As se logra amplitudes desde 40 m a 50 m, se pueden usar 1 o mas amplificadores dependiendo del corte.Amplificador Mecnico

Amplificador MecnicoAmplificador Mecnico

Amplificador MecnicoEl material de los amplificadores tiene que ser econmico y altamente resistente a la fatiga. Las aleaciones de Aluminio Bronce y bronce marino, tienen 185 Mpa y 150 MPa respectivamente.

Algunas desventajas de estos materiales son:Un calentamiento altoUna eficiencia de 55 %HerramientasAlta resistencia a la fatiga y esfuerzo, se fabrican de acuerdo a la forma del maquinado que se desea obtener.Ejemplos de materiales de piezas y herramientas:

MaquinarMaterial Herramienta

VidrioCarburo TungstenoAceroCobrePlata-cromo

Carburos sinterizadosPlata, Nquel cromoFluido AbrasivoEsta usualmente compuesto en un 50 % de granos abrasivos (100 800 de numero grano), de carburo de boro (B4C), oxido de aluminio (Al2O3), carburo de silicio (SiC) y en un 50 % agua.

Fluido AbrasivoSe aplica una fuerza esttica a la herramienta, lo que origina que las partculas abrasivas golpeen la superficie de trabajo y arranquen material.

Este fluido es bombeado a travs de una boquilla directamente a la zona de mecanizado a un ritmo de 25 l/min.

Fluido Abrasivo

Mtodos de inyeccin del fluido abrasivo.

PROCESO DE REMOCION DE MATERIALMecanismos de remocin de material en USM

Compuesto acuosoCompuesto acuosoCarga esttica y vibracinHerramientaSeparacin lateralPieza de trabajoMartilleo localizadoImpacto libreErosin por cavitacinDesgaste inferiorDesgaste frontalBrecha frontalMecanismos de remocin de material en USMAbrasin mecnica por martilleo de los granos abrasivos entre la herramienta vibrante y la superficie adyacente de la pieza de trabajo.El micro picado por impactos libres de partculas que vuelan a travs de la brecha del mecanizado y golpean la pieza de trabajo en lugares al azar.Mecanismos de remocin de material en USMLa erosin de la superficie de trabajo por cavitacin en el flujo acuoso. El efecto de la cavitacin contribuye a la remocin de material tan solo en un 5%.El mecanismo dominante es el martilleo directo, materiales elsticos y suaves son usualmente deformados plsticamente para luego remover material lentamente.

Mecanismos de remocin de material en USMEn caso de los materiales duros y frgiles, la velocidad de mecanizacin es alta y va depender de:Frecuencia de vibracin de la herramienta.Presin esttica y rea de maquinado.Fluido abrasivoPieza de trabajo.Mecanismos de remocin de material en USMPara 2 materiales de igual dureza, uno podra ser mas maquineable dependiendo de los valores anteriores.

VidrioLatnTungstenoTitanioAceroAcero al cromoVidrioTasa de remocin relativaMaterial de trabajoMecanismos de remocin de material en USMDonde:

F = Frecuencia de oscilacinS = Presin esttica en la herramienta (kg/mm2)Ho = Fuerza de fractura en la superficie (BHN)R = Radio de cascajo (mm)Y = Amplitud de vibracin (mm)

La velocidad de remocin de material (MRR), puede ser calculada con la siguiente formula emprica:FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE REMOCION DE MATERIALOscilacin de la HerramientaLa amplitud de la oscilacin de la herramienta tiene el mayor efecto en todas las variables del proceso.

Al aumentar la amplitud de vibracin, aumentara la velocidad de eliminacin de material, esto significa que las partculas abrasin aumentan su velocidad en la regin entre la herramienta y la superficie de trabajo.Oscilacin de la HerramientaEsto aumenta la energa cintica, en amplitudes largas, incrementando el efecto de picado del material y por tanto la velocidad de remocin del material.

Una muy alta amplitud de vibracin causara salpicaduras, que reduciran el numero de granos abrasivos y dara como resultado una disminucin en la velocidad de remocin del materiaOscilacin de la HerramientaKaczmark (1976), estableci un rango practico de amplitud de oscilacin entre los limites de 0,04 a 0,08 mm.

McGeogh (1988), reporto que aumentar la frecuencia de vibracin reduce la velocidad de remocin, esto se debe a que cada grano no tiene tiempo suficiente para arrancar el material adecuado, disminuyendo la velocidad de remocin de material.Granos AbrasivosMcGeough (1988), llego a la conclusin de que la velocidad de reaccin, aumenta con el tamao del grano hasta que este alcanza la amplitud de vibracin, punto en el cual disminuye.

Al trabajar un mismo material usualmente los granos abrasivos con mas dureza remueven mas material, por ejemplo al trabajar sobre vidrio tenemos:Granos AbrasivosEfecto de remocin de material por dureza de grano abrasivo sobre vidrio:

Carburo boroB4CMas alto MRRCarburo de silicioSiC15 % menosAceroFe C33 % menosCarburo Sinterizado35 % menosGranos AbrasivosAgua es usada comnmente como transportador de los granos abrasivos, otros alternativas son benceno, glicerina y aceites especiales, mientras mas alta sea la densidad, menos ser la velocidad de remocin.

La concentracin de granos en un fluido abrasivo en practica esta entre 30 % y 35 %, pudiendo aumentar hasta 40 % en casos especiales.Dureza de Impacto de la Pieza de TrabajoLa velocidad de mecanizacin se