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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS
Programa de Graduação em Engenharia Mecânica
Gustavo Costa Rocha
Josué Oliveira Silva
Leandro Ferreira da Costa Reis
Sanderson Henrique de Moura
Thaís Ramos Pereira
Vitor Hugo Capai Jardim
Usinagem
Ultrassom
Contagem
2017�
Gustavo Costa Rocha
Josué Oliveira Silva
Leandro Ferreira da Costa Reis
Sanderson Henrique de Moura
Thaís Ramos Pereira
Vitor Hugo Capai Jardim
Usinagem
Ultrassom
Trabalho de Usinagem apresentado ao Programa de Graduação em Engenharia Mecânica da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, com requisito parcial para abranger estudos e análises no método de usinagem por ultrassom em Engenharia Mecânica.
Orientador: Gilmar Cordeiro da Silva
Contagem
2017�
Epigrafe�
RESUMO
A usinagem por ultrassom é um tipo de processo de remoção controlada de material, destinada a materiais com alta dureza, baixas ductilidade e tenacidade e ruins quanto à capacidade de conduzir eletricidade. O caráter inovador desse tipo de usinagem faz com que as informações sobre esse assunto sejam de difícil acesso, fomentando a realização de um trabalho que reúna em seu conteúdo uma explicação geral de seu funcionamento, maquinário, equipamentos e aplicações. Pesquisas bibliográficas, feitas principalmente em artigos, possibilitaram trazer a este trabalho um conteúdo objetivo e conclusivo sobre essa forma de remover material de peças como vidros e cerâmicas.
O processo de usinagem por ultrassom consiste na remoção de material por desgaste abrasivo a três corpos, onde a peça é o material de onde se deseja remover esse material, a ferramenta faz o papel do corpo que pressiona o terceiro contra a peça, e por último, o grão abrasivo, que possui efetivamente os gumes de corte que serão utilizados para usinar a superfície. O trabalho de atritar a ferramenta sobre a peça, com o abrasivo no intermédio, é feito por uma bobina que excita a haste onde a ferramenta é fixada, fazendo com que essa vibre em frequências altas (19 a 25 kHz). Em comparação com os outros processos mais usuais de usinagem, a taxa de remoção de material é baixa, em outra mão tem-se o alto grau de acabamento e a capacidade de remover camadas de materiais muito duros.
Por esse ser um processo pouco difundido, tanto as empresas quanto os pesquisadores ainda não investem nesse processo que tem aplicações muito eficientes em aeras de difícil exploração do ramo, como a biomedicina.
Palavras-chave: 
Qualidade superficial, DIN 8520, cavaco, remoção irregular, convencional, não convencional, elevada dureza, miniaturização, energia.
Usinagem, Usinagem por ultrassom, biocerâmica, parâmetros de usinagem, osteoartrite, articulação do quadril, diâmetro do grão abrasivo, concentração da pasta abrasiva, taxa de aprofundamento da ferramenta, taxa de remoção de material, erro de circularidade, desvio diametral, ... (vou pedir aos outros integrantes para mandarem as palavras-chave de suas partes. Favor conferir se existem palavras repetidas e colocar em ordem alfabética-**Excel).
Compósito cerâmico, máquinas rotativas, broca diamantada, carboneto de silício, energia ultrassônica. 
SUMÁRIO
1. USINAGEM E USINAGEM NÃO CONVENCIONAL	pág
2. OBJETIVOS	pág
2.1 Objetivo Gerail	pág
2.2 Objetivos Específicos	pág
3. METODOLOGIA	pág
4. USINAGEM POR ULTRASSOM	pág
4.1 Principio de funcionamento	pág
�� HYPERLINK \l "_Toc414265956" ��4.2 Transdutor de Magnetostricção	pág �
4.2.1 Amplificador mecânico	pág 
4.3 Ferramentas	pág 
4.4 Fluidos Abrasivos	pág 
4.5 Influência do Ferramental no Processo	pág 
4.6 Aplicações da Usinagem por Ultrassom	pág
5. Estudo de Caso do Artigo “Experimental studies of ultrasonic machining on hydroxyapatite bio-ceramics”	pág
6. Estudo de caso do artigo “Rotary ultrasonic machining of ceramic matrix composites: feasibility stud and designed experiments”	pág
7. CONCLUSÃO	pág
REFERÊNCIAS	pág
�
�
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1- Principais elementos do sistema USM	pág
Figura 2- Mecanismo de remoção de material na USM	pág
Figura 3- Vista esquemática de uma máquina ultra-sônica	pág
Figura 4- Transdutor de magnetostricção (Kaczmarek, 1976)	pág
Figura 5- Magnetostritor excitado por um campo magnético variável sem magnetização (Kaczmarek, 1976)	pág
Figura 6- Magnetostricção devido a um campo magnético variável após a polarização (Kaczmarek, 1976)	pág
Figura 7- Variação em uma onda de alongamento ao longo do magnetoestritor (Kaczmarek, 1976)	pág
Figura 8- Interação de peça ferramenta e fluido abrasivo	pág
Figura 9- Processo de corte.	pág
Figura 10- Modelo figura	pág
Figura 11- Articulação do quadril	pág
Figura 12- Ferramenta produzida em aço inoxidável SS-304	pág
Figura 13- Bio-cerâmica hidroxiapatite usinada pela ferramenta	pág
Figura 14- Projeto da ferramenta	pág
Figura 15- Desenvolvimento da superfície de usinagem da ferramenta	pág
Figura 16- Variação da taxa de remoção em função da variação do diâmetro do grão abrasivo...................................................................................................................................pág
Figura 17- Variação do desvio diametral em função da variação do diâmetro do grão abrasivo...................................................................................................................................pág
Figura 18- Variação do erro de circularidade em função da variação do diâmetro do grão abrasivo	pág
Figura 19- Variação da taxa de remoção em função da variação da concentração da pasta abrasiva	pág
Figura 20- Variação do desvio diametral em função da variação da concentração da pasta abrasiva	pág
Figura 21- Variação do erro de circularidade em função da variação da concentração da pasta abrasiva	pág
Figura 22- Variação da taxa de remoção em função da variação da potência	pág
Figura 23- Variação do desvio diametral em função da variação da potência	pág
Figura 24- Variação do erro de circularidade em função da variação da potência	pág
Figura 25- Variação da taxa de remoção em função da variação da taxa de aproximação da ferramenta	pág
Figura 26- Variação do desvio diametral em função da variação taxa de aproximação da ferramenta	pág
Figura 27- Variação do erro de circularidade em função da variação taxa de aproximação da ferramenta	pág
Figura 28- Ilustração do processo RUM	pág
Figura 29- Comparação das forças de corte	pág
Figura 30- Comparação da taxa de remoção de material	pág
Figura 31- Imagem analisada dos furos em CMC#2	pág
Figura 32- Efeitos na espessura de corte	pág
Figura 33- Efeitos no tamanho do material removido	pág
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Condições experimentais de usinagem por ultrassom	pág
�Tabela 2 – Ajuste experimental dos parâmetros do processo e USM respostas	pág
Tabela 3 – Propriedade dos materiais das peças de trabalho	pág
�
1. USINAGEM E USINAGEM NÃO CONVENCIONAL
Como operações de usinagem entendemos aquelas que, ao conferir à peça a forma, ou as dimensões ou o acabamento, ou ainda uma combinação qualquer destes três itens, produzem cavaco. Definimos cavaco, a porção de material da peça, retirada pela ferramenta, caracterizando-se por apresentar forma geométrica irregular. Além desta característica, estão envolvidos no mecanismo de formação do cavaco alguns fenômenos particulares, tais como recalque, a aresta postiça de corte, a craterização na superfície de saída da ferramenta e a formação periódica do cavaco (dentro de determinado campo de variação da velocidade de corte). 
Outra definição, segundo a DIN8520, aplica-se a todos os processos de fabricação onde ocorre a remoção de material sob a forma de cavaco.
O processo de usinagem possibilita atingir-se esses e outros objetivos,os quais, em consequência, podem ser resumidos:
Acabamento de superfície de peças fundidas ou conformadas mecanicamente, de modo a obter-se melhor aspecto superficial e dimensões mais precisas, de acordo com as especificações de fabricação e de acordo com o emprego;
Obtenção de peculiaridades, impossíveis de conseguir pelos processos convencionais;
Fabricação seriada de peças, a um custo mais baixo;
Fabricação de uma ou poucas peças, praticamente de qualquer forma, a partir de um bloco de material metálico.
A usinagem pode ser classificada quanto ao processo de remoção de material, sendo os processos convencionais e os processos não convencionais.
Os processos não convencionais de usinagem se fizeram presentes devido ao surgimento de novos materiais, como por exemplo os materiais cerâmicos com elevada dureza, a miniaturização de peças, ou seja, peças muito pequenas como engrenagens de relógios e pinos.
Na verdade, o que difere os processos não convencionais é a forma de energia utilizada para a remoção do material. Entre os processos de usinagem não convencionais encontra-se a usinagem por Ultrassom, eletro erosão por penetração, eletro erosão a fio, usinagem por feixe de elétrons, usinagem a laser, rebarbação pelo método de energia térmica.
2. OBJETIVOS
Objetivo geral
Fazer uma análise explicativa sobre o processo de usinagem por ultrassom.
Objetivos Específicos
Explicar o princípio de funcionamento do processo;
Identificar as possíveis áreas de atuação;
Analisar a viabilidade de implementação comparado a outros processos.
3.METODOLOGIA
O presente trabalho consiste em pesquisa descritiva e explicativa do processo de usinagem por ultrassom, em fontes bibliográficas de artigos, livros e sítios eletrônicos. Os resultados se resumem em explicações sobre o processo, obtidas de forma qualitativa nas fontes utilizadas.
4. uSINAGEM POR ULTRASSOM
Usinagem por ultrassom é um processo não convencional de usinagem, ideal para a materiais de ligas metálicas duras e quebradiças semicondutores, vidro, cerâmica, carbonetos (que são maus condutores de eletricidade e, portanto, não podem ser processados ​​por usinagem eletroquímica e eletro-descarga). Usado para usinagem de furos redondos, quadrados, irregulares e impressões de superfície.
4.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
	A usinagem ultrassônica (USM) é a remoção de materiais duros e frágeis usando uma ferramenta oscila axialmente na frequência ultrassônica (18-20 kHz). Durante essa oscilação, a pasta abrasiva de B4C ou SiC é alimentada continuamente na zona de usinagem, entre uma ferramenta macia (latão ou aço) e a peça de trabalho. As partículas abrasivas são, portanto, marteladas na superfície da peça de trabalho e causam o desbaste de partículas finas. 	A ferramenta oscilante, com amplitude variando de 10 a 40 μm, impõe uma pressão estática sobre os grãos abrasivos e alimenta-se à medida que o material é removido para formar a forma de ferramenta necessária (fonte: Fundamentals of Machining Processes Conventional and Nonconventional Processes SECOND EDITION Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 305 PRIMEIRO PARAGRAFO)
Figura 1 . Principais elementos do sistema USM. (fonte: Fundamentals of Machining Processes Conventional and Nonconventional Processes SECOND EDITION Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 306)
Figura 2: Mecanismo de remoção de material na USM (fonte: Fundamentals of Machining Processes Conventional and Nonconventional Processes SECOND EDITION Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 306)
	O sistema de usinagem, mostrado na Figura 2, é composto principalmente do dispositivo de armazenamento de transdutor de magnetostricção, concentrador, ferramenta e suspensão. O transdutor é energizado na frequência ultrassonica e produz pequena amplitude de vibração que é amplificada usando o amplificador mecânico que contém a ferramenta. A pasta abrasiva é bombeada entre a ferramenta oscilante e a peça de trabalho quebradiça. (FONTE: Fundamentals of Machining Processes Conventional and Nonconventional Processes SECOND EDITION Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 305 SEGUNDO PARAGRAFO)
 	• Efeito piezoelétrico
 	• Efeito magnetostrictivo
 	• Efeito eletrocirúrgico
4.2 TRANSDUTOR DE MAGNETOSTRICÇÃO
	O transdutor, mostrado na Figura 3, tem uma bobina de alta frequência em um núcleo de magnetostrictor e uma bobina polarizadora especial em torno de uma armadura. Consequentemente, um campo magnético submetido a frequências ultrassônicas provoca alterações correspondentes em um objeto ferromagnético colocado dentro da sua região de influência. Este efeito é usado para oscilar a ferramenta USM, montada no final de um transdutor, em freqüências ultrassonicas de 18-20 kHz. (fonte: Fundamentals of Machining Processes Conventional and Nonconventional Processes SECOND EDITION Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 305 TERCEIRO PARAGRAFO)
-
Figura 4: Transdutor de magnetostricção (Kaczmarek, 1976). (fonte: Advance Machining Processes Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 17)
	O método de operação de um transdutor de magnetostricção pode ser explicado da seguinte forma. O coeficiente de alongamento magnetoestricção ϵm é:
 onde Δl é o comprimento incremental do núcleo magnetostrictor e l é o comprimento original do núcleo magnetostrictor, ambos em milímetros. Os materiais com alto alongamento magnetoestrictivo são recomendados para serem usados ​​para um magnetostritor. A Figura 4 mostra a relação entre a intensidade do campo magnético H e ϵm. Adequadamente,
O alongamento é independente do sinal do campo magnético. 
A variação da intensidade do campo magnético muda de alongamento ao dobro da frequência (2f). 
As mudanças no alongamento não são sinusoidais (onda completa corrigida) como é o caso da intensidade do campo. 
Figura 5: Magnetostritor excitado por um campo magnético variável sem magnetização (Kaczmarek, 1976). (FIGURA RETIRADA DO LIVRO: Advance Machining Processes Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 18)
 	
	Se o transdutor for magnetizado com corrente contínua, como mostrado na Fig. 5, são obtidas alterações sinusoidais no alongamento.
 
Figura 6: Magnetostricção devido a um campo magnético variável após a polarização (Kaczmarek, 1976). (fonte: Advance Machining Processes Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 19)
Figura 7: Variação em uma onda de alongamento ao longo do magnetoestritor (Kaczmarek, 1976). Fonte: Advance Machining Processes Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 19
	O alongamento máximo Amax no magnetostrictor de comprimento l igual a metade do comprimento de onda λ (Fig. 6) ocorrerá a uma distância de λ/ 4 do centro. Consequentemente,
onde Cs é a velocidade do som no material magnetostrictor [metros por segundo (m / s)] e f é a freqüência das mudanças no campo magnético (1 / s). Além disso,
onde E é o módulo de Young (Mpa) e P é a densidade do material magnetostrictor (kg / m3).
(Trecho RETIRADO DO LIVRO: Advance Machining Processes Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 18-19)
4.2.1 Amplificador mecânico 
	O alongamento obtido na freqüência de ressonância é muito pequeno para aplicações práticas de usinagem. A amplitude de vibração é, portanto, aumentada ajustando um amplificador (chifre acústico) na extremidade de saída do transdutor. Maiores amplitudes de tipicamente 40-50 μm são adequadas para aplicações práticas de USM. Dependendo da amplitude necessária, o processo de amplificação pode ser alcançado por um ou mais chifres acústicos. Para ter a amplitude máxima de vibração (ressonância), o comprimento do concentrador é feito múltiplos de metade dos comprimentos de onda do som no material concentrador (chifre). A escolha da forma do chifre acústico controla a amplitude final da vibração. Cinco chifres acústicos, que incluem cosseno cilíndrico, pisado, exponencial, hiperbólico e cônico, são comumente usados ​​em USM. (ESSE TRECHO FOIRETIRADO DO LIVRO: Fundamentals of Machining Processes Conventional and Nonconventional Processes SECOND EDITION Hassan Abdel-Gawad El-Hofy-PAG 305 e 306)
4.3 FERRAMENTAS
Diferente do processo de usinagem convencional a ferramenta de usinagem por ultrassom tem a necessidade de ser mais dúctil que a peça ser produzida. O fato dela não tem contato direto com a peça e ao mesmo tempo absorver o choque do processo objetivando a deformação e evitando o desgaste faz que a melhor escolha seja matéria prima de fácil usinabilidade.
As ferramentas são fabricadas na forma negativa em relação à do furo ou cavidade do produto a ser fabricado. Preferencialmente elas devem ser construídas em material com alta resistência ao desgaste para que efetue o corte sem que sofra alteração dimensional significativa e ainda garanta os níveis de precisão exigidos no produto. 
Figura 8: Interação de peça ferramenta e fluido abrasivo.
 Imagem fonte: [www.engineeringarticles.org/ultrasonic-machining-process-working-principles-advanteges]
Os materiais mais empregados na construção destas ferramentas são:
Aço Prata
Aços inoxidáveis - ABNT 304 e ABNT 316
O uso de ferramentas rotativas reduz significativamente a forca de corte, o tempo de fabricação e melhora o acabamento superficial. Esta associação é limitada pela impossibilidade de executar algumas formas geométricas como quinas e cantos vivos com ferramentas rotativas.
4.4 FLUIDOS ABRASIVOS 
Os fluidos são compostos por partículas em suspensão que devido ao movimento ultrassónico colidem com a superfície frágil da peça a ser construída ocasionando a remoção de material.
O material abrasivo deve ser no mínimo tão duro quanto à peça usinada. Em estudo comparativo de usinagem ultrassónica de materiais quebradiços, Guzzo verifica e conclui que a taxa de remoção de material decresce abruptamente com a profundidade de remoção para materiais de peças que têm a mesma ordem de grandeza de dureza dos grãos abrasivos. [4] 
As dimensões dos grãos variam entre 0,002 a 0,5mm e os materiais mais comuns são:
Carbeto de Boro
Carbeto de silício
Óxido de alumina
Diamante em pó (alto custo)
A área usinada deve ser continuamente alimentada por este fluido, pois com o passar do tempo às partículas perdem seu poder de corte.
A interação de peça, ferramenta e abrasivo ocorre da seguinte forma:
Figura 9 - Processo de corte.
 Imagem fonte: [www.ebah.com.br/content/ABAAABFsAAF/usinagem-por-ultrasom]
 
O tempo de execução da usinagem ultrassónica não depende inteiramente da frequência da ferramenta vibratória. O tamanho dos grãos, a rigidez e a viscosidade do fluido também são fundamentais para ao tempo de execução, o acabamento superficial e controle dimensional do produto [3]. 
A seguir algumas variações e seus resultados:
Grãos maiores - Maior taxa de remoção acabamento mediano.
Grãos menores - Menor taxa de remoção melhor acabamento.
Rigidez dos grãos - Quando mais duro mais apropriado a matérias frágeis.
Viscosidade do fluido – Esta condição deve ser definida para cada trio tribológico de trabalho garantindo a boa fluidez do grão abrasivo e a retirada do material removido. 
4.5 INFLUÊNCIA DO FERRAMENTAL NO PROCESSO
O tempo de execução da usinagem ultrassónica não depende inteiramente da frequência da ferramenta vibratória. O tamanho dos grãos, a rigidez e a viscosidade do fluido também são fundamentais para ao tempo de execução, o acabamento superficial e controle dimensional do produto: A seguir algumas variações e seus resultados:
Grãos maiores - Maior taxa de remoção acabamento mediano
Grãos menores - Menor taxa de remoção melhor acabamento
Rigidez dos grãos - Quando mais duro mais apropriado a matérias frágeis
Viscosidade do fluido – Esta condição deve ser definida para cada trio tribológico de trabalho garantindo a boa fluidez do grão abrasivo e a retirada do material removido
Associação de ferramenta rotativa - O uso de ferramentas rotativas reduz significativamente a forca de corte, o tempo de fabricação e melhora o acabamento superficial. Esta associação é limitada pela impossibilidade de executar algumas formas geométricas como quinas e cantos vivos com ferramentas rotativas. (Jiao et al 2005).
4.6 APLICAÇÕES DA USINAGEM POR ULTRASOM
Usinagem por ultrassom dispõe de uma solução para a necessidade de expansão para a usinagem de materiais frágeis, tais como cristais individuais, vidros e cerâmicas policristalinas, e para aumentar a operações complexas para fornecer formas intrincadas e perfis da peça de trabalho. Este processo de usinagem é não-térmico, não químico e não cria nenhuma alteração nas propriedades físicas da peça de trabalho como a microestrutura ou propriedades químicas e oferece superfícies livres de tensões (Kramer 1995, Thoe et al., 1998). É, portanto, amplamente utilizado na fabricação de materiais duros e quebradiços que são difíceis de cortar através de outros métodos convencionais. As aplicações mais comuns são:
Usinagem de óxido de alumínio, para a fabricação de circuitos eletrônicos. Os furos produzidos têm diâmetros entre 0,15 e 0,5 mm;
Produção de furos com 1 mm de diâmetro e 0,3 mm de profundidade em pastilhas reversíveis para a alocação de termopares;
Na fabricação de pistões de nitreto de silício compactados a quente, as cavidades opostas às válvulas podem ser feitas com êxito por usinagem ultrassônica;
Aplicado em componentes de joalheria, plaquetas de circuitos eletrônicos, furos em insertos para alocação de sensores etc.
�
 5. Estudo de Caso do Artigo “Experimental studies of ultrasonic machining on hydroxyapatite bio-ceramics”
Lesões e doenças, como a osteoartrite, podem levar a articulação à perda total ou parcial de suas funções. Para solucionar tal problema podem ser utilizadas próteses para substituir as superfícies danificadas. Segundo estudo apresentado no artigo “Experimental studies of ultrasonic machining on hydroxyapatite bio-ceramics”, a usinagem pelo processo de ultrassom pode ser utilizada para dar a forma e as dimensões necessárias às próteses, geralmente feitas em Bio-cerâmica hidroxiapatite, já que esse processo é destinado a materiais duros e quebradiços, não condutores. 
Figura 11: Articulação do quadril - fonte: https://www.auladeanatomia.com/novosite/sistemas/sistema-articular/diartroses/quadril/)
 
Figura 12: Ferramenta produzida em aço inoxidável SS-304, já fixada ao suporte
Figura 13: Bio-cerâmica hidroxiapatite usinada pela ferramenta
O objetivo desse artigo foi projetar e desenvolver uma ferramenta de usinagem por ultrassom para gerar a cavidade hemisférica em Biocerâmica hidroxiapatite, que é utilizada para substituição da articulação do quadril, além de incluir o estudo das influências de parâmetros do processo. Segundo o estudo apresentado no artigo, feito por Lalchnuanvela e Bhattacharya em 2012, os parâmetros operacionais de real influência na usinagem por ultrassom são diâmetro de grãos de abrasivo, a concentração de pasta abrasiva, a potência nominal, e taxa de aprofundamento da ferramenta, para uma mesma operatriz. Sendo assim, tais parâmetros foram analisados quanto à influência sobre tais como tamanho de grão abrasivo, a concentração de pasta abrasiva, taxa de aprofundamento da ferramenta e taxa de potência, sobre a taxa de remoção de material (material removal rate – MRR), desvio diametral, e erro circularidade.
Tabela 1 - Condições experimentais de usinagem por ultrassom
 �
 Condição	Descrição	
 SHAPE \* MERGEFORMAT ���
Detalhes Da Máquina
Frequência de vibração (KHz) 		20
Amplitude de vibração (μm) 		25
Parâmetros Detalhes
Peça hidroxiapatita
Peça espessura (Mm) 		5,5
Ferramenta		SS 304
Profundidade de corte (mm) 		5,7
Abrasivo carboneto de boro
Diâmetro de grão abrasivo (μm)16-63
Concentração de lama abrasiva (%) 	 30-50
Meio abrasivo		 água
Potência (W) 	300-500
Ferramenta taxa de aproximação (mm/min) 0,9-1,3
O trabalho em questão foi desenvolvido por meio de pesquisa bibliográfica, para conhecer e determinar a utilização da ferramenta e os principais parâmetros, seguida de pesquisa exploratória prática, onde a ferramenta projetada foi produzida e os parâmetros levantados foram testados. Os resultados da pesquisa foram dados de forma qualitativa, confirmando a capacidade do processo de usinagem por ultrassom, na confecção da superfície da articulação do quadril. Para mensurar os resultados obtidos o artigo estabeleceu também a metodologia de medição dos três resultados: Medição de taxa de remoção por diferença de peso; Desvio diametral e erro de circularidade por máquina de coordenadas tridimensional. As alterações dos parâmetros foram feitas individualmente para cada um, tendo em vista analisar a realidade da influência desses.
Tabela 2 – Ajuste experimental dos parâmetros do processo e USM respostas
 Parâmetros do Processo	Respostas	
	
	grãos abrasivos diâmetro (mm)
	Concentração de lama abrasiva 
(g / l)
	Potência (W)
	Caudal de alimentação (mm / min)
	
	Taxa de Remoção MRR
(g / min)
	Desvio Diametral
(mm)
	Erro de Circularidade (mm)
	1
	16
	40
	400
	1.1
	
	0,054
	0,0044
	0,002
	2
	24
	40
	400
	1.1
	
	0,0711
	0,015
	0,0038
	3
	34
	40
	400
	1.1
	
	0,0784
	0,0261
	0,0055
	4
	44
	40
	400
	1.1
	
	0,0893
	0,0378
	0,0068
	5
	63
	40
	400
	1.1
	
	0,0941
	0,0531
	0,009
	6
	34
	30
	400
	1.1
	
	0,0721
	0,0253
	0,0041
	7
	34
	35
	400
	1.1
	
	0,0748
	0,0256
	0,0048
	8
	34
	40
	400
	1.1
	
	0,0784
	0,0264
	0,0052
	9
	34
	45
	400
	1.1
	
	0,0826
	0,0274
	0,0055
	10
	34
	50
	400
	1.1
	
	0,0862
	0,0282
	0,0058
	11
	34
	40
	300
	1.1
	
	0,0821
	0,0253
	0,0038
	12
	34
	40
	350
	1.1
	
	0,0832
	0,0262
	0,0042
	13
	34
	40
	400
	1.1
	
	0,0845
	0,0268
	0,0046
	14
	34
	40
	450
	1.1
	
	0,0857
	0,0282
	0,005
	15
	34
	40
	500
	1.1
	
	0,0872
	0,0301
	0,0052
	16
	34
	40
	400
	0,9
	
	0,074
	0,0229
	0,0049
	17
	34
	40
	400
	1
	
	0,0784
	0,0246
	0,0051
	18
	34
	40
	400
	1.1
	
	0,0805
	0,0258
	0,0052
	19
	34
	40
	400
	1,2
	
	0,0826
	0,0265
	0,0054
	20
	34
	40
	400
	1.3
	
	0,0844
	0,0311
	0,0062
USM Usinagem ultrassônica, taxa de remoção de material
O projeto da ferramenta foi feito de forma a conter em sua ponta, o perfil inverso da cavidade que se deseja usinar, consideramndo a folga na interface ferramenta e peça, que deve permitir que a existência de pasta abrasiva entre elas. O projeto foi fabricado em aço inoxidável SS-304 conforme estudo de Instruction Manual for All Stationary Sonic-Mill Models. 
Figura 14: Projeto da ferramenta 
 
Figura 15: Desenvolvimento da superfície de usinagem da ferramenta para um tamanho de grão de 34μm com concentração de 40%, potência de 400W e taxa de aproximação da ferramenta de 1,1mm/min
Conforme a tabela (X), os parâmetros de entrada formam garantidos na máquina e seus resultados foram coletados, registrados e analisados: 
Variação do diâmetro do grão abrasivo: O aumento do diâmetro aumenta a taxa de remoção, pelo aumento da energia cinética de cada massa, mas também contribui para incrementar os erros diametral e de circularidade, em função reduzir a área de atuação do abrasivo, por existir menor número de grãos.
Figura 16: Variação da taxa de remoção em função da variação do diâmetro do grão abrasivo
Figura 17: Variação do desvio diametral em função da variação do diâmetro do grão abrasivo
Figura 18: Variação do erro de circularidade em função da variação do diâmetro do grão abrasivo
Variação da concentração do abrasivo: Aumento da concentração, analogamente ao aumento do diâmetro, aumenta a taxa de remoção. Os erros crescem com esse aumento porque a taxa de usinagem em cada ponto aumenta, permitindo usinagem desigual.
Figura 19: Variação da taxa de remoção em função da variação da concentração da pasta abrasiva
Figura 20: Variação do desvio diametral em função da variação da concentração da pasta abrasiva
Figura 21: Variação do erro de circularidade em função da variação da concentração da pasta abrasiva
Variação da potência: A variação positiva da potência tem influência também positiva na taxa de remoção, pelo aumento da energia fornecida a cada partícula. Mais uma vez os erros também aumentam com essa variação, já que a remoção por cada impacto se faz maior.
Figura 22: Variação da taxa de remoção em função da variação da potência
Figura 23: Variação do desvio diametral em função da variação da potência
Figura 24: Variação do erro de circularidade em função da variação da potência
Variação da taxa de aprofundamento: Quando o aprofundamento aumenta, a força com que as partículas abrasivas são pressionadas contra a peça aumenta, aumentando também a taxa de remoção e os erros, já que altas remoções impedem o controle fino das zonas de remoção.
Figura 25: Variação da taxa de remoção em função da variação da taxa de aproximação da ferramenta
Figura 26: Variação do desvio diametral em função da variação taxa de aproximação da ferramenta
Figura 27: Variação do erro de circularidade em função da variação taxa de aproximação da ferramenta
6. Estudo de caso do artigo “Rotary ultrasonic machining of ceramic matrix composites: feasibility study and designed experiments”
Como já foi apresentado anteriormente, a usinagem por ultrassom é empregada principalmente na usinagem de materiais muito duros e frágeis. Nesta gama de materiais encontram-se os compósitos com matriz cerâmica (CMC) que possuem aplicações na indústria aeroespacial, geração de energia, transporte terrestre, nuclear, ambiental e química. Buscando viabilizar e otimizar o processo de usinagem destes materiais, pesquisadores do Departamento de Engenharia de Sistemas Industriais e de Manufatura da Universidade Estadual do Kansas realizaram um estudo experimental comparando o processo de usinagem por brocas diamantadas com a aplicação de máquinas rotativas ultrassônicas, ou rotary ultrasonic machining (RUM).
De acordo com o artigo publicado na Revista Internacional de Máquinas-Ferramenta e Fabricação (Internacional Journal of Machine Tools and Manufacture) “ Em RUM, uma broca de núcleo rotativo com abrasivos de diamante ligado com metal é vibrada ultrassonicamente, de forma axial em direção a peça de trabalho a uma velocidade de avanço constante ou uma força constante. ”
Figura 28: Ilustração do processo RUM
O objetivo da pesquisa foi comparar três variáveis nestes processos: a força de corte, a taxa de remoção de material e a qualidade do furo. Para isso, os cientistas contaram com o auxílio de um dinamômetro (KISTLER 9257) instalado por baixo da peça de trabalho para medir a força de corte. Os sinais elétricos provenientes do banco foram convertidos e enviados para um computador. A taxa de remoção de material foi calculada a partir das dimensões do furo e da haste. Para avaliar a qualidade do furo, eles utilizaram um microscópio de vídeo digital (Olympus DVM-1). E para a realização dos testes foi empregada uma máquina ultrassônica (Sonic Mill Series 10).
Foram usinados três materiais diferentes; CMC#1: uma fibra de carboneto de silício, com resina fenólica convertida, densificada por infiltração química de vapor de carbono (CVI); O segundo corpo de prova, CMC#2 é uma fibra de carboneto de silício, com uma matriz parcial de silício, densificada pelo processo de infiltração por fusão com silício metálico. E o terceiro material utilizado foi a alumina (92% de sintetizado).
	 
Tabela 3 - Propriedade dos materiais das peças de trabalhoAmostra
	Densidade (g/cm³)
	Calor Específico (J/g K)
	Resistência à tração (Mpa)
	Resistência a Compressão (Mpa)
	Dureza (Vicker’s)
	Aluminia
	3,5
	0,71
	129,4
	1751
	1190
	CMC #1
	2,6
	0,75
	308,6
	−
	− a
	CMC #2
	− b
	−
	279,1
	−
	− a
	a Relacionado a fibras de reforço
	
	
	
	b Determinado por imersão em água
	
	
	
(Propriedades dos materiais das peças de trabalho)
Os resultados obtidos experimentalmente se mostraram satisfatórios: “ Comparado com o processo de perfuração com broca diamantada, as forças de corte máximas, quando usando RUM para perfurar CMC#1, CMC#2 e alumina são cerca de 60,40 e 60% inferiores, respectivamente ” afirmam os pesquisadores. Quanto a taxa de remoção de material, foi observado um aumento de cerca de 10% com RUM quando comparado a furação com broca de diamante. 
 
Figura 29: Comparação das forças de corte Figura 30: Comparação da taxa de 
 remoção de material
A qualidade dos furos em CMC#1 utilizando RUM foi boa, porém, para CMC#2 e alumina foram encontradas fissuras ao longo da peça. De acordo com os pesquisadores, os três parâmetros de processos (velocidade de corte, velocidade de avanço e energia ultrassônica) tem efeitos significativos na taxa de remoção de material, enquanto que a velocidade de rotação e avanço tem grande influência na qualidade dos furos. Para eles, utilizando os parâmetros de processo adequados, tais fissuras encontradas no CMC#2 e na alumina podem ser minimizadas ou eliminadas.
Figura 31: Imagem analisada dos furos em CMC#2. (a) entrada. (b) saída.
Figura 32: Efeitos na espessura de corte Figura 33: efeitos no tamanho do 
 material removido
Ainda há muito a ser estudado no campo de usinagem por ultrassom, a falta de especificações, metodologia e alto custo de usinagem ainda são desafios do processo. Porém, estudos tem mostrado que máquinas ultrassônicas podem ser uma saída alternativa para a usinagem de matérias duros e frágeis, que é um incentivo no estudo e desenvolvimento deste processo.
7 CONCLUSÃO
Os processos de usinagem são antigos em nossa sociedade e continuam a ser desenvolvidos a fim de aumentar a produtividade e a qualidade dos serviços. O desenvolvimento do presente trabalho possibilitou a análise do funcionamento de um dos tipos de usinagem não convencional, sendo ele o processo por ultrassom, que permite a usinagem de materiais duros e quabradiços por meio de vibrações em frequências acima das alcançadas pelas ondas sonoras. Esse tipo de usinagem ainda é pouco difundido no mundo, especificamente no Brasil, o que impossibilitou visitas a empresas do ramo, a fim de conhecer como se desenvolve o serviço praticamente.
Por meio de pesquisas a artigos, sitios eletrônicos e livros, foi possível apresentar os princípios de funcionamento do processo de usinagem por ultrassom, dando ênfase à máquina operatriz, à geração do movimento vibracional, à ferramenta utilizada, bem como à pasta abrasiva que realiza a função do terceiro corpo na abrasão a três corpos. As principais aplicações foram encontradas pelos mesmos meios de busca, a fim de exemplificar onde exatamente é utilizado o processo em estudo. Para complementar o estudo, com a dificuldade de acesso a empresas do ramo, foram analisados os casos de dois artigos, com o intuito de auxiliar na compreenção do sentido de desenvolvimento desse tipo de usinagem.
Dada à importância do assunto, torna-se necessário o desenvolvimento de bibliografias conclusivas que conceituem e auxiliem nas definições de parâmetros, para que seja facilitada a entrada de novas empresas no ramo. O que traria à usinagem mais um meio acessível de remover material de alta dureza, mas de condutividade elétrica ruim.
Nesse sentido, a pesquisa abordada nesse trabalho traz explicações gerais do processo, a fim de possibilitar o entendimento e instigar pesquisa mais profundas por parte dos leitores.
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REFERÊNCIAS
BEER, Ferdinand Pierre; JOHNSTON, E. Russell. Resistência dos materiais. 3. ed. São Paulo: Pearson Makron Books, 1995. xx, 1255 p. 
A Comparative Study on Ultrasonic Machining of Hard and Brittle Materials - PL Guzzo e AH Shinohara].
 Notas de aula.
 Fundamentos de Usinagem – Dino Ferrares].
 Processos de Fabricação e Tratamentos – Vicente Chiaverini.
Module 9 Non- conventional Machining. Version 2 ME, IIT Kharagpur
www.engineeringarticles.org/ultrasonic-machining-process-working-principles-advanteges
Tenho que referenciar 03 artigos e 01 livros.
https://www.auladeanatomia.com/novosite/sistemas/sistema-articular/diartroses/quadril/
Lalchnuanvela H, Doloi B, Bhattacharya B (2012) Enabling and understanding ultrasonic machining of engineering ceramics using parametric analysis. Mater Manuf Process 27(4):443–448
Instruction Manual for All Stationary Sonic-Mill Models (2005) Sonic-Mill, New Albuquerque, New Mexico, USA
Z.C. Li, Y. Jiao, T.W. Deines, Z.J. Pei, C. Treadwell, Rotary ultrasonic machining of ceramic matrix composites: feasibility study and designed experiments, International Journal of Machine Tools & Manufacture 45 (2005) 1402–1411. (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0890695505000441)
Nath C, Lim GC, Zheng HY (2012) Influence of the material removal mechanisms on hole integrity in ultrasonic machining of structural ceramics.
Rao RV, Pawar PJ, Davim JP (2010) Parameter optimization of ultrasonic machining process using nontraditional optimization algorithms.
Figura 10: Aplicações de Usinagem por Ultrassom