Usinagem por Ultrassom

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UM PANORAMA SOBRE A USINAGEM POR ULTRASSOM 
 
Eduardo da Silva Santos 
Ian Bandeira Sampaio 
Luan Fernando Albuquerque dos Santos 
Mateus Medeiros Sousa 
Thalis Muiz de Melo 
 
Resumo: O artigo, em questão, objetiva apresentar um panorama geral do processo não convencional 
de usinagem por ultrassom, explicitando os principais conceitos desse processo, além das suas 
aplicações e características da ferramenta utilizada. Frente ao seu perfil teórico, foi realizado um 
levantamento bibliográfico em bases de artigos nacionais e internacionais, consultados livros que são 
referências do tema e a subsequente análise dessa literatura. Caracterizado por converter energia 
elétrica de alta frequência em vibrações mecânica e utilizar um líquido que contém grãos abrasivos, 
essa técnica se mostra muito indicada para materiais de grande dureza e frágeis e em processos que 
demandam precisão. É uma técnica que apresenta um alto custo de instalação, mas que pode 
proporcionar soluções inovadoras para os problemas industriais, proporcionando valor agregado à peça 
confeccionada e ao processo produtivo como um todo. Além disso, o tema da usinagem por ultrassom 
mostrou-se muito atual na literatura especializada, com vários artigos publicados recentemente. 
 
Palavras-chave: usinagem – não convencional – ultrassom – líquido abrasivo 
 
Abstract: The article, in question, aims to presente an overview of the unconventional process of use 
by ultrasound, explaining the main concepts of this process, in addition to the applications and resources 
used. In view of its theoretical profile, a bibliographic survey was carried out on the basis of national and 
internacional articles, consulted books that are references of the theme and subsequent analysis of this 
literature. Characterized by a high frequency electrical energy converter in mechanical vibrations and 
the use of a liquid that contains abrasive grains, this technique is a very suitable to be used in long-
lasting and fragile materials and in processes that require precision. It is a tecnique that presentes a 
high cost of installation, but that can offer innovative solutions to industrial problems, addes value to the 
manufactured part and to the production process as a whole. In addition, the topic of ultrasound 
machining proves to be very current in the specialized literature, with several articles published recently. 
 
 
Keywords: machining – not conventional – ultrasound – abrasive liquid 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Desde 1565, quando o primeiro torno foi construído, muitos 
aprimoramentos foram realizados na arte da usinagem. A Revolução Industrial, 
 
 Graduando em Engenharia Mecânica no Centro Universitário Unifacvest. Endereço eletrônico: 
edasilvasantos13@gmail.com 
 Graduando em Engenharia Mecânica no Centro Universitário Unifacvest. Endereço eletrônico: 
ianbasampaio@gmail.com 
 Graduando em Engenharia Mecânica no Centro Universitário Unifacvest. Endereço eletrônico: 
luanquerque16@gmail.com 
 Graduando em Engenharia Mecânica no Centro Universitário Unifacvest. Endereço eletrônico: 
mateusmedeirosme@gmail.com 
 Graduando em Engenharia Mecânica no Centro Universitário Unifacvest. Endereço eletrônico: 
thalismm1@hotmail.com 
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iniciada no século XVIII gerou uma crescente demanda das empresas por usinar 
metais e ligas com resistência e dureza cada vez maiores. Além da necessidade de 
redução de custos, o desenvolvimento tecnológico criou as condições necessárias 
para inovações que levaram ao desenvolvimento de formas de usinagem não 
convencionais, dentre elas a usinagem por ultrassom. 
Baseada na descoberta do ultrassom por Marie Curie, em 1880, o 
processo de usinagem por ultrassom foi primeiramente usado em 1945 quando L. 
Balamuth fez a primeira patente do processo. Como uma técnica não convencional de 
usinagem, ela é indicada quando os processos convencionais se mostram ineficazes. 
Sua principal aplicação está em materiais com alta dureza, frágeis e quando se 
necessita de um bom grau de acabamento e precisão. Frente às suas características 
peculiares, a usinagem por ultrassom se mostra relevante no contexto tecnológico 
atual. 
Partindo disso, o artigo em questão objetiva apresentar um panorama 
geral sobre a usinagem não convencional por ultrassom. Para tanto, foi realizado um 
levantamento bibliográfico com a subsequente apresentação dos conceitos que 
permeiam o tema. Um enfoque importante foi a apresentação das principais 
aplicações dessa técnica, evidenciando suas vantagens e desvantagens e as 
características principais desse processo. 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
2.1 Processos de usinagem não convencional 
 
Denomina-se processo de usinagem não convencional, os processos 
que são utilizados quando a usinagem convencional não pode ser usada ou quando 
existem condições específicas em termos de geometria, dimensões, acabamento e 
tipo de material que exigem um modelo de peça muito específica. Eles se diferenciam 
dos tradicionais por usarem maquinários diferentes e não utilizarem de ferramenta de 
corte afiada (GROOVER, 2013), além de fontes de energia térmica, elétrica, química 
ou com a combinação delas. Assim, como os processos tradicionais, a usinagem não 
convencional, também, tem por objetivo remover o cavaco do material definindo as 
suas formas e dimensões necessárias, porém, nos processos convencionais a forma 
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de remoção do cavaco ocorre por meio de cisalhamento, enquanto nos processos não 
convencionais ocorre por meio da erosão, reações químicas ou eletrolíticas e por 
fusão e/ou vaporização (CASARIN, 2018). 
Diferente dos processos convencionais que utilizam ferramentas com 
geometria definida, as ferramentas utilizadas em usinagem não convencional 
apresentam geometria indefinida e por causa das suas peculiaridades, normalmente, 
os processos não convencionais são mais custosos (CASARIN, 2018). 
Os processos não convencionais podem ser classificados em quatro 
tipos principais, de acordo com os estudos de Chiaverini (1986) e Kataria et.al. (2016): 
(1) processos baseados em energia mecânica, como o caso do jato abrasivo, jato 
d’água, jato d’água abrasivo, usinagem por fluxo abrasivo e ultrassônico; (2) processo 
baseados em energia eletroquímica; (3) processos baseados em energia química; e, 
por fim (4) processos baseados em energia termoelétrica, como a descarga elétrica, 
o laser e o arco-plasma. 
Indo além dessas diferenciações, pode-se notar que distinções no que 
tange a aplicação. Enquanto os processos que usam a energia mecânica e 
termoelétrica são usados na usinagem de materiais condutores, os processos que 
usam energia química e eletroquímica são indicados na usinagem de peças delicadas. 
Já os processos que usam energia termoelétrica são recomendados para a 
microusinagem (CASARIN, 2018). Dentre os processos citados, o artigo em questão 
devotará maior atenção ao processo de usinagem não convencional por ultrassom. 
 
2.2 Processo de usinagem por ultrassom 
 
A usinagem não convencional por ultrassom, também denominada de 
usinagem ultrassônica, se caracteriza pela utilização de um líquido abrasivo ou uma 
pasta que preenche a peça a ser usinada e uma ferramenta vibratória (em aços 
carbonos ou aços inoxidáveis) que atua em baixa e alta frequência. A ferramenta vibra 
(ultrassom) em amplitudes de cerca de 12-50 µm e as frequências são de 
aproximadamente 20 kHz a 100 kHz contra os abrasivos (KATARIA, et.al., 2016), não 
tendo contato com a peça a ser usinada. Por causa da colocação desse abrasivo, a 
ferramenta vibratória não necessita de alta dureza, podendo ser feita por um material 
de fácil usinagem (CASARIN, 2018; GROOVER, 2010). 
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Assim, o processo de ultrassom parte da transformação de energia 
elétrica de alta frequência em vibrações mecânicas, por meio de um transdutor, em 
contato com os líquidos abrasivo, e são amplificadas mecanicamentee transmitidas 
para uma porta-ferramenta chamada de sonotrodo (KATARIA, et.al., 2016). Esse 
sonotrodo é formado por uma barra metálica, na qual se ativa as vibrações 
ultrassonoras, no sentido do eixo e em cuja ponta é fixada a ferramenta. A figura 
abaixo ilustra esquematicamente o processo de usinagem por ultrassom. 
 
 
O líquido abrasivo, denominado de “lama química” é o responsável pelo 
processo. Nesse contexto, ocorre o processo de usinagem abrasiva, ou seja, a 
colocação de produtos abrasivo nas superfícies das peças. Esses líquidos contêm 
pequenos grãos que atuam na remoção de materiais. Eles são muito indicados no 
corte de materiais muito duros ou para polir o aço (CASARIN, 2018; GROOVER, 
2010). Os principais líquidos abrasivos utilizados são nitreto de boro, carboneto de 
boro, óxido de alumínio, carboneto de silício e o diamante (KATARIA, et.al., 2016). 
A usinagem por ultrassom é muito indicada para materiais frágeis, de 
elevada dureza, alta resistência mecânica, materiais metálicos não ferrosos, maus 
condutores, não metálicos e em situações em que se deseja um bom grau de 
acabamento em peças delicadas e de forma complexa (CASARIN, 2010). Ela é 
indicada para áreas com superfícies inferiores a 1000 m², onde podem ser produzidas 
cavidades rasas e cortes. Exemplos de utilização dessa técnica se encontra na 
usinagem de materiais cerâmicos, vidros e diamante. De forma específica, pode-se 
Figura 1 – Esquema de Usinagem por ultrassom 
Fonte: SOUZA apud CASARIN, 2010 
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citar a usinagem do óxido de alumínio para a fabricação de circuitos eletrônicos e 
fabricação de pistões de nitreto de silício compactados a quente. As cavidades 
opostas às válvulas podem ser feitas por usinagem ultrassônica. Pode-se citar, 
também, a aplicação em componentes de joalheria, plaquetas de circuitos eletrônicos 
e furos em insertos para alocação de sensores. Por fim, pode-se apontar a utilização 
da usinagem ultrassônica para produzir superfícies tridimensionais. 
Um aspecto importante da aplicação dessa técnica de usinagem é o fato 
de poder ser usada quando é necessário evitar qualquer tipo de contaminação na 
usinagem, já que se evita o contato a ferramenta vibratória com a peça. Assim, ela 
pode ser uma aliada na usinagem de materiais para a indústria médica e odontológica. 
Diferente de outros processos não convencionais, ela não provoca alterações na 
estrutura interna do material a ser usinado. Porém, dentre as desvantagens, ela 
apresenta uma velocidade de usinagem baixa (CASARIN, 2018), em comparação às 
demais, acarretando em maior tempo de usinagem. Outras desvantagens desse 
processo estão na pouca porcentagem de remoção de metal e na dificuldade em 
perfurar buracos profundos, além do seu alto custo de instalação. Na tabela abaixo 
estão ilustradas as principais diferenças entre os processos convencionais e a 
usinagem por ultrassom: 
Tabela 1 – Diferença entre processos convencionais de usinagem e o ultrassom 
Características Processos convencionais Ultrassom 
Natureza energética Mecânica Mecânica 
Agente de corte Cunha de corte Martelamento 
Remoção de material Cisalhamento Erosão 
Alterações na estrutura cristalina Não ocorre Não ocorre 
Custo inicial de instalação Variável de acordo com a 
precisão e o porte da 
máquina 
alto 
Grau de acabamento Variável de acordo com o 
processo usado 
Bom 
Materiais metálicos não ferrosos Aplicável Aplicável 
Materiais mau condutores e não 
metálicos 
Aplicável Aplicável 
Formas complexas Apresentam muitas 
limitações 
Aplicável 
Peças delicadas Apresentam muitas 
limitações, dependendo do 
processo 
Aplicável 
Microusinagem Não indicado Indicado 
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Materiais duros e frágeis Em materiais muito duros é 
possível somente por 
abrasão 
Indicado 
Fonte: CASARIN, 2018 
 
Uma máquina de 
ultrassom para usinagem é constituída, 
em linhas gerais, pelos seguintes 
componentes: (1) gerador de corrente 
de baixa frequência; (2) conversor 
eletroacústico que consiste de um 
transdutor eletroacústico (dispositivo 
que transforma as oscilações elétricas 
em ondas ultrassonoras); (3) 
amplificador, usualmente feito de 
titânio, responsável por transmitir e 
aumentar as amplitudes das vibrações 
do transdutor no qual está fixado; (4) 
ferramenta de usinagem, 
intercambiável, podendo ser oca ou 
maciça e, por fim, (5) o líquido abrasivo. 
As ferramentas de 
máquinas de ultrassom podem ser classificadas da seguinte forma: (1) Rotary 
Ultrasonic vibration machining (RUM), caracterizada pela adoção de uma ferramenta 
rotatória vertical pode girar em torno do eixo do sonotrodo e (2) Chemical-Assisted 
USM, nessa máquina um fluido abrasivo químico reativo é usado no processo 
(NAGENDRA, et.al., 2019) 
 
3 METODOLOGIA 
 
Esse artigo apresenta um perfil teórico e por isso, para realizar a 
pesquisa foi feito um levantamento bibliográfico da literatura especializada. Para tanto, 
foram consultadas bases de artigos, como o Scielo, o Portal de Periódicos da Capes 
e o Research Gate. Focou-se em uma literatura mais atual, principalmente da última 
Fonte: https://www.nei.com.br/centro-de-
usinagem-ultrasonic-20-linear-2nd-
generation-dmg-mori/pg/8Zk3PAnRG 
Figura 2 - Centro de Usinagem Ultrasonic 20 
Linear 2nd Generation - DMG Mori 
https://www.nei.com.br/centro-de-usinagem-ultrasonic-20-linear-2nd-generation-dmg-mori/pg/8Zk3PAnRG
https://www.nei.com.br/centro-de-usinagem-ultrasonic-20-linear-2nd-generation-dmg-mori/pg/8Zk3PAnRG
https://www.nei.com.br/centro-de-usinagem-ultrasonic-20-linear-2nd-generation-dmg-mori/pg/8Zk3PAnRG
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década, e que focassem nesse tipo específico de usinagem. Para nortear a pesquisa, 
foram consultados livros de engenharia mecânica que apresentam os conceitos e 
teorias abrangentes sobre usinagem não convencional. 
Depois desse levantamento, a pesquisa foi organizada com a 
apresentação, primeiramente, dos conceitos gerais sobre usinagem não 
convencional, seguida pela apresentação da usinagem por ultrassom, demonstrando, 
as suas principais aplicações, dando ênfase nas vantagens e desvantagens dessa 
técnica. Por fim, serão apresentados os principais equipamentos dessa técnica. 
 
4 APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS 
 
Feita a pesquisa teórica sobre o processo de usinagem não 
convencional por ultrassom pode se constatar que, apesar de ter surgido em 1945, 
esse processo ainda não é usado em sua plenitude na indústria e passou a ganhar 
mais destaque recentemente. Os estudos dessa técnica demonstram que suas 
aplicações ainda estão sendo testadas. Esse cenário é favorecido pelo surgimento de 
novos materiais a ser usinado. Um exemplo é a usinagem da cerâmica. Com utilização 
crescente na indústria, a cerâmica é muito indicada para ser usinada por meio de 
ultrassom por causa das suas características. Assim, a utilização crescente dessa 
matéria-prima, gera a necessidade de maior utilização da usinagem por ultrassom. 
Em linhas gerais, a usinagem por ultrassom se caracteriza por 
transformar energia elétrica de alta frequência em energia mecânica, por meio de 
vibrações. Sua capacidade de usinagem reside na utilização de um líquido que 
contém grãos abrasivos, os quais serão responsáveis pela a abrasão da peça. Sua 
indicação é voltada, principalmente, para materiais frágeis, de elevada dureza e 
elevada resistência mecânica. A capacidade de usinar com precisão faz com que a 
usinagem por ultrassom seja muito utilizada em processos que demandam rigor na 
usinagem ou apresentam uma geometria muito específica. Assim, apesar do custo 
elevado da sua instalação, a usinagem por ultrassom apresenta benefícios ao atender 
demandas específicas das indústrias, solucionando possíveis problemas com a 
adoção de novas peças que atendem de forma muito peculiar o processo produtivo. 
Esse contexto pode gerar aumento do valor agregado do serviço prestado ou no 
produto final produzido. Porém, essa precisãotem o “custo” da velocidade de 
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usinagem baixa, fazendo com que os processos demandem mais tempo para serem 
produzidos. 
Além da precisão que essa técnica gera, a usinagem por ultrassom pode 
manter a integridade da peça, reduzindo as perdas do processo de usinagem. Além 
disso, ela apresenta a possibilidade de evitar possíveis contaminações, podendo 
desenvolver equipamentos para áreas da saúde. 
 
5 CONCLUSÃO 
 
Nas páginas anteriores foi realizada uma pesquisa teórica sobre a 
usinagem não convencional por ultrassom apresentando suas principais 
características e aplicações. Constatou-se a grande relevância desse processo para 
a indústria, principalmente por causa das suas características particulares como a 
precisão e a capacidade de usinar materiais frágeis e com alta resistência. A 
quantidade de publicações recente existentes, principalmente em língua inglesa, 
evidenciam a importância que essa técnica apresenta no contexto industrial 
internacional atual. Concomitante, esse contexto evidencia as possibilidades futuras 
de aplicação dessa técnica a partir das crescentes demandas por novos materiais e 
novas soluções no vasto campo da usinagem. 
 
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
CASARIN, Samuel José. Manufatura mecânica: usinagem. Londrina: Editora e 
Distribuidora Educacional S.A., 2018. 
CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica – processos de fabricação e 
tratamento. Vol. 2, 2°ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1986. 
GROOVER, Mikell P. Fundamentals of Modern Manufacturing. 4° ed. Nova Jersey: 
John Wiley & Sons, 2010 
KATARIA, Ravinder; KUMAR, Jatinder; PABLA, B.S. A review on ultrasonic 
machining. International Journal of Emerging Trends in Research. Volume 1, 
Issue 2, pp. 24-34, 2016 
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KUMAR, Jatinder; KHAMBA, J. S. An experimental study on ultrasonic machining of 
pure titanium using designed experiments. J. Braz. Soc. Mech. Sci. & Eng., Rio de 
Janeiro, v. 30, n. 3, p. 231-238, Set. 2008. 
NAGENDRA, A Raikar; RAMASHIVA, R.; YATHISH, N.; NANJUNDESWARASWAMY, 
T. S. Ultrasonic Machining Process. International Research Journal of Innovations 
in Engineering and Technology (IRJIET), Volume 3, Issue 11, pp 82-89, November 
2019. 
WANG, Jingsi. Ultrasonic Machining: A Total Mechanical Machining Technology Using 
Loose Abrasive Particles. In RUDAWASKA, Anna (org.) Abrasive Technology – 
Characteristics and Applications. London: Intechopen, 2018