Artigo de Usinagem Ultrassom

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE ANÁPOLIS UNIEVANGÉLICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
USINAGEM POR ULTRASSOM 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANÁPOLIS 
2019 
 
 
CENTRO UNIVERSITÁRIO DE ANÁPOLIS UNIEVANGÉLICA 
BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
DIEGO IVO DE SOUSA 
IGOR CASTRO MORAIS 
KAROLINA DE SOUZA GONÇALVES 
 
 
 
 
 
USINAGEM POR ULTRASSOM 
 
 
 
Trabalho de pesquisa apresentado ao 
Curso de Engenharia Mecânica do 
Centro Universitário de Anápolis 
UniEVANGÉLICA como requisito para 
complementação da nota da 3ªV.A. da 
disciplina de Processos de Usinagem, 
sob orientação do Prof. Me. Sérgio 
Mateus Brandão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANÁPOLIS 
2019 
 
 
SUMÁRIO 
 
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................. 3 
2 ORIGEM DO PROCESSO ............................................................................... 4 
3 DESCRIÇÃO DETALHADA DO PROCESSO ................................................. 4 
4 PARÂMETROS DE CONTROLE ..................................................................... 6 
5 ASPECTOS ECONÔMICOS DO PROCESSO ................................................ 7 
6 APLICAÇÕES .................................................................................................. 7 
7 CONCLUSÃO .................................................................................................. 8 
REFERÊNCIAS .................................................................................................. 8
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1 INTRODUÇÃO 
O Estudo da usinagem é baseado na mecânica (cinemática, atrito e 
deformação), na termodinâmica (geração e propagação de calor) e nas 
propriedades dos materiais. A DIN 8580 classifica os vários processos de 
fabricação onde ocorre a remoção de material sob a forma de cavaco. A usinagem 
é uma operação que confere à peça: forma, dimensões ou acabamento superficial, 
ou ainda uma combinação destes. 
Apesar de todo o avanço tecnológico ocorrido nas últimas décadas, os 
processos de usinagem têm sérias limitações principalmente em casos de 
utilização de materiais duros e quando se deseja a obtenção de formas complexas. 
Por outro lado, essas limitações existentes resultaram em pesquisas para 
desenvolver novos materiais mas que normalmente são de difícil usinagem por 
processos tradicionais. Assim, surgiram novos aços-liga, as superligas, as 
cerâmicas finas, os compósitos, entre outros, que passaram a exigir novos 
processos especiais de fabricação. Paralelamente, novas geometrias e formas 
crescentemente mais complexas e diminutas foram sendo exigidas pelo mercado. 
Com isso, foram desenvolvidos os chamados processos não convencionais de 
Usinagem, como por exemplo: Usinagem por Descargas Elétricas (EDM); 
Usinagem por Ultrassom (USM); Usinagem Eletroquímica (ECM); Usinagem 
Química (CHM); Usinagem por Jato D`água (WJM); Usinagem por Jato Abrasivos 
(AJM); Usinagem por Feixe de Laser (LBM); Usinagem por Arco de Plasma (PAC) 
e Usinagem por Feixe de Elétrons (EBM). 
A usinagem por ultrassom é um método de moagem que necessita de um 
líquido abrasivo, não havendo necessidade do contato direto com a ferramenta de 
corte, ou seja, o liquido a ser utilizado preenche com material abrasivo o fluido de 
corte através da peça a ser desbastada, havendo vibração, da ferramenta devido 
aos abrasivos. A ferramenta de usinagem possui um material mais macio se 
comparada as de outras ferramentas usadas em processos de usinagem 
convencionais. Devido a isso, o abrasivo pode atingir a ferramenta, mas não a 
danificam, independentemente da maneira como ela trabalha. Este método pode 
ser utilizado para penetrações tanto em materiais frágeis como as cerâmicas 
quanto materiais mais duros, no caso do diamante e em materiais quebradiços 
como o vidro. A usinagem por ultrassom também possibilita a usinagem de peças 
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em ordens milimétricas, se comparada a outros meios de usinagem. A figura 1 
mostra um centro de usinagem por ultrassom. 
 
Figura 1: Centro de usinagem por ultrassom 
 
Fonte: directindustry.com/pt/prod/ms-spaichingen-gmbh-ultrasonic-technology-group/product-
164682-1929580.html 
2 ORIGEM DO PROCESSO 
A descoberta do ultrassom ocorreu em 1880 por Curie estudando o efeito 
piezoelétrico. Thornycroft e Barnaby em 1894 observaram que, na propulsão de 
mísseis lançados pelo destroyer, uma fonte de vibração era gerada causando 
implosão de bolhas e cavidades na água. Essa vibração ficou conhecida como 
cavitação. 
A possibilidade de usinar materiais duros e frágeis por ultrassom foi inicialmente 
proposta por Woods e Loonis em 1927. É um processo especialmente adequado 
ao processamento mecânicos de materiais duros e frágeis, em que não se aplicam 
os processos tradicionais de usinagem. Modernamente, esta técnica foi 
incorporada à novos equipamentos permitindo precisão aliada a integridade dos 
materiais usinados. 
3 DESCRIÇÃO DETALHADA DO PROCESSO 
Na usinagem por ultrassom, uma ferramenta (em aço carbono ou aço 
inoxidável) é posta para vibrar (em baixa amplitude e alta frequência) sem entrar 
em contato com a peça, que está mergulhada em um meio líquido com pó abrasivo 
em suspensão (figura 3). As amplitudes são de cerca de 0,075 mm e a frequência 
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pode variar de 20 kHz a 100 kHz. Os abrasivos podem ser compostos por materiais 
como nitreto de boro, carboneto de boro, óxido de alumínio, carboneto de silício e 
diamante. O pó abrasivo é aplicado na ponta da ferramenta, este é responsável 
pelo contato. Consequentemente, a ferramenta não precisa apresentar alta dureza 
e pode ser feita por material de fácil usinagem, ou seja, um material mais macio e 
com uma alta plasticidade. Isso permite que os abrasivos possam impactar a 
ferramenta, mas não a danifica independe da maneira que faz o trabalho. 
 
Figura 2: Visão esquemática do processo 
 
Fonte: http://wtpultrasonic.com.br/ultrasom/ 
Figura 3: Processo de usinagem por ultrassom 
 
Fonte: GROOVER, Mikell P.; Fundamentals of Modern Manufacturing, 4ª edição, 2010. 
Este processo aproveita a energia de vibração mecânica, comunicada aos 
grãos de abrasivo, que vibram na mesma direção do sonotrodo (figura 4). O 
sonotrodo é constituído por uma barra metálica, na qual se ativam as vibrações 
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ultrassonoras, no sentido do seu eixo. Na parte da ponta do sonotrodo é fixada a 
ferramenta, com a forma inversa da que se deseja dar à peça a ser usinada. Devido 
às altas frequências de trabalho, o sonotrodo deve possuir alta resistência à fadiga. 
O material de maior utilização atualmente tem sido o titânio. 
 
Figura 4: Identificação do sonotrodo na máquina de usinagem por ultrassom 
 
Fonte: prezi.com/77vk-vyq9v33/usinagem-por-ultrassom/ 
Uma variação desse processo de usinagem é obtida com o uso de uma 
ferramenta rotativa, que aumenta a capacidade de remoção do material 
desgastado. Quando conjugado com uma mesa do tipo CNC, o equipamento com 
ferramenta rotativa possibilita a obtenção de figuras complexas, por 
contorneamento. 
4 PARÂMETROS DE CONTROLE 
Definem-se, inicialmente, alguns parâmetros físicos significativos desse 
processo na tabela 1. 
Tabela 1: Parâmetros físicos da usinagem por ultrassom 
Processo Tensão (V) Corrente (A) Potência (W) GAP (mm) 
Usinagem por 
Ultrassom 
220 12 ca 2400 0,25 
Fonte: Medeiros, 1981. 
As precisões alcançáveis por este processo estão na faixa de alguns milésimos 
de milímetro por milímetro. 
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5 ASPECTOS ECONÔMICOS DO PROCESSO 
Tabela 2:Aspectos econômicos da usinagem por ultrassom 
Processo 
Investimento 
de Capital 
Ferramental Potência Eficiência 
Consumo de 
Ferramentas 
Usinagem 
por 
Ultrassom 
Boa Boa Boa Ruim Fraca 
Fonte: MACGEOUGH, 1998. 
As vantagens deste processo são: 
 Corte limpos, pois as vibrações ultrassônicas produzem a fusão do 
material, ao mesmo tempo em que soldam as pontas das fibras cortadas. 
 A usinagem por ultrassom não é um processo térmico, químico ou elétrico. 
Sendo assim, não irá ocorrer mudança nas propriedades físicas, químicas 
ou mecânicas do material. 
 O processo é livre de rebarbas e distorções. 
E as desvantagens são: 
 Este método não é recomendado para materiais macios como chumbo e 
plásticos. 
 Necessita de alto custo de investimento. 
 Possui baixas taxas de remoção de material, se comparada a outros 
processos de usinagem convencionais. 
6 APLICAÇÕES 
O processo de usinagem por ultrassom tem aplicação na produção de peças 
ou componentes que não podem ter contaminação, como indústrias médicas e 
odontológicas. Também pode ser aplicado em cerâmicas avançadas, em 
componentes de motores de automóveis, na fabricação de pistões de nitreto de 
silício compactados a quente, componentes de joalheria e furos de alocação de 
sensores podendo também fazer algumas superfícies tridimensionais. 
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7 CONCLUSÃO 
Através de estudos e pesquisas para o melhor entendimento do assunto, 
através da evolução e a tendência de se obter melhorias através de técnicas e 
inovações, o processo de usinagem por ultrassom foi desenvolvido e aplicado com 
o intuito de melhorar os procedimentos de furos acabamentos e higienização onde 
a sua área de atuação é vasta podendo também lapidar componentes pequenos 
com alta precisão, as amplitudes de vibração grandes e pequenas em suas 
atuações facilitando e melhorando as peças e componentes. 
REFERÊNCIAS 
GROOVER, Mikell P.; Fundamentals of Modern Manufacturing, 4ª edição, 2010. 
Milena Mendes. Usinagem por ultrassom. Disponível em: < 
https://prezi.com/77vk-vyq9v33/usinagem-por-ultrassom/ > Acesso em: 17 nov. 
2019. 
Anna Carla. Processos não convencionais e microusinagem. Disponível em: < 
https://mecanica-ufrj.educacao.ws/util/b2evolution/media/blogs/annacarla/ 
UsinagemI/Aula6-ProcessosNaoconvencionais.pdf > Acesso em: 17 nov. 2019. 
DESCONHECIDO. Usinagem ultrassônica. Disponível em: < 
https://www.mecanicaindustrial.com.br/409-usinagem-ultrassonica/ > Acesso em: 
17 nov. 2019. 
DESCONHECIDO. Métodos avançados de usinagem: feixe de elétrons e ultra-
som. Disponível em: < https://essel.com.br/cursos/material/01/ 
ProcessosFabricacao/77proc.pdf > Acesso em: 17 nov. 2019. 
MEDEIROS, João T, N.; Análise de alguns parâmetros tecnológicos da 
usinagem de aço-carbono por eletroerosão, 1981 Disponível em: < 
https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18135/tde-06102017-
140048/publico/Dissert_Medeiros_JoaoTN.pdf > Acesso em: 17 nov. 2019. 
MACHADO, Ana Carolina et al. Usinagem não convencional 
Ultrassom. Taquara: Newton, 2018. 20 p.