Aplicaciones Industriales de Máquinas por Alta Frecuencia y Ultrasonidos

Máquinas por Alta Frecuencia: El Poder de los Ultrasonidos

Los ultrasonidos son ondas acústicas cuya frecuencia se encuentra por encima del límite audible humano, típicamente comprendida entre 12 000 y 25 000 Hz (o superior). Como la potencia sonora se traduce en fuerzas mecánicas, esto genera grandes aplicaciones en diversas actividades industriales, como: lavado, mecanizado y soldadura.

Lavadoras Ultrasónicas

Las lavadoras ultrasónicas son herramientas muy útiles e imprescindibles en tareas de limpieza donde se necesite rapidez y profundidad, sin rayar ni erosionar las piezas. Se utilizan comúnmente para limpiar:

• Herramientas quirúrgicas
• Prótesis
• Joyas
• Griferías
• Componentes electrónicos
• Piezas mecánicas de precisión

El lavado ultrasónico se caracteriza por producir una intensa agitación mecánica a nivel microscópico, combinada con la actividad química del solvente utilizado. Su característica principal es que la energía mecánica del sonido, al propagarse en el líquido en forma de ondas alternas de alta y baja presión, imparte un efecto de compresión y expansión. Este fenómeno, conocido como cavitación, genera millones de pequeñas burbujas que implosionan violentamente al contacto con la superficie de la pieza. La suma de estas implosiones produce pequeñas pero intensas fuerzas locales, cumpliendo la función de un eficaz microcepillado que desprende la suciedad incluso en zonas de difícil acceso.

Mecanizado por Alta Frecuencia (Ultrasónico)

El mecanizado por alta frecuencia o ultrasónico consiste en mecanizar superficies utilizando granos abrasivos suspendidos en un líquido (lechada abrasiva). Este líquido se somete a vibraciones de alta frecuencia aplicadas entre la herramienta vibrante (sonotrodo) y la pieza.

Componentes principales:

• Generador: Dispositivo, a menudo de estado sólido, que convierte la frecuencia eléctrica de la red en una señal eléctrica de alta frecuencia y alta potencia, con control automático de frecuencia para mantener la resonancia.
• Transductor (Vibrador): Convierte la energía eléctrica de alta frecuencia en vibraciones mecánicas de la misma frecuencia. Comúnmente utiliza el efecto piezoeléctrico o el fenómeno de la magnetoestricción.
• Sonotrodo (Herramienta): Transmite y amplifica las vibraciones mecánicas a la zona de mecanizado. Su forma geométrica se adapta al trabajo a realizar.

El fenómeno de la magnetoestricción consiste en que, al colocar una barra de un material ferromagnético dentro de un campo magnético paralelo a su eje, esta sufrirá una ligera contracción o alargamiento, generando la vibración.

En el proceso, la herramienta vibrante impulsa los granos abrasivos contra la superficie de la pieza, eliminando material por micro-arranque o erosión. Es especialmente útil para materiales duros y frágiles (cerámicas, vidrios, semiconductores).

Soldadura por Alta Frecuencia (Ultrasónica)

La soldadura por alta frecuencia o ultrasónica es un proceso de unión en estado sólido que utiliza vibraciones mecánicas de alta frecuencia para crear una soldadura.

Componentes principales:

• Generador: Convierte la corriente eléctrica estándar (ej. 50/60 Hz) en oscilaciones eléctricas de alta frecuencia (típicamente de 15 kHz a 40 kHz o más).
• Convertidor (Transductor): Generalmente piezoeléctrico, transforma las oscilaciones eléctricas en vibraciones mecánicas ultrasónicas.
• Sonotrodo: Transmite estas vibraciones mecánicas, bajo presión controlada, a las piezas que se van a soldar.
• Yunque (Soporte): Pieza fija que soporta las partes a unir y contra la cual presiona el sonotrodo.

Las piezas a soldar se sujetan firmemente entre el sonotrodo y el yunque. La vibración del sonotrodo genera una intensa fricción en la interfaz entre las piezas. Esta fricción produce calor localizado que plastifica o funde el material en la zona de contacto, creando la unión al enfriarse, típicamente en un tiempo muy corto (de 0.2 a 2 segundos). Es común en la unión de plásticos y metales delgados o disímiles.