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7/21/2019 Haz Electron

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Departamento de Ingeniera Mecnica

Tecnologa Mecnica I

67.15

Unidad 12: Mecanizados noconvencionales

Ing. Guillermo Orlando Castro


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TEMARIO

- Electroerosin (EDM): Principios de proceso. Circuitos elementales.

Descripcin del equipo por penetracin. Parmetros de trabajo: volumen

aportado, corriente de trabajo, gap, desgaste del electrodo. Templado

superficial, microfisuras. Materiales para electrodos. Funciones del

dielctrico. Electroerosin por hilo: equipo ut ilizado.

- Mecanizado Electroqumico (ECM): principio de funcionamiento.Esquema del equipo utilizado. Utilizacin.

- Mecanizado por Ultrasonido: principio de funcionamiento. Esquema del

equipo utilizado. Utilizacin.

- Mecanizado por Rayo lser: principio de funcionamiento. Esquema del

equipo utilizado. Utilizacin.

- Mecanizado por Plasma: principio de funcionamiento. Esquema delequipo utilizado. Utilizacin.

- Mecanizado por Haz de electrones: principio de funcionamiento.

Esquema del equipo utilizado. Utilizacin.

- Mecanizado por Chorro de Agua: principio de funcionamiento. Esquema

del equipo utilizado. Utilizacin.


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MECANIZADOS NO CONVENCIONALES

Los procesos demecanizado tradicionalvistos anteriormente

actan sobre el material por remocin de viruta, abrasin o

micro virutas. Estos procesos no son adecuados para todo

tipo de situaciones. En general se recurre a los procesos no

tradicionales cuando:

El material es muy duro, ms de 400 HB.

La pieza es demasiado flexible, delicada o di fcil de sujetar.

La forma de la pieza es complicada. Se requieren tolerancias y acabados superficiales

especiales.

Se quiere minimizar el efecto trmico sobre la pieza.


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Los diferentes procesos de mecanizado no tradicional no

involucran solamente herramientas de punto a punto o

multipunto, sino que involucran fuentes deenerga qumica,

elctrica y de haces de alta potencia. Las propiedades

mecnicas del material no tienen ahora tanta importancia

como sus propiedadesfsicas, qumicas y elctricas.

La necesidad de encontrar nuevas formas de mecanizado,

reduciendo los costos involucrados, adecundose al

desarrollo de nuevos materiales sigue impulsando la

investigacin en esta rea, que ya ha creado mltiples

sistemas que son cada vez ms usados en la industria

moderna. Estos sistemas se han creado en interrelacin con

tecnologas de control computacional y robots, mejorando

continuamente laproductividad.


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ELECTROEROSION (EDM)

La electroerosin es un proceso de fabricacin no

tradicional, tambin conocido como Mecanizado por

Descarga Elctrica (EDM), por su acrnimo en ingls Electric

Discharge Machining.

El proceso de electro erosin consiste en la generacin de

unarco elctricoentre unapiezay unelectrodoen unmedio

dielctrico, para arrancar partculas de la pieza hasta

conseguir reproducir en ella las formas del electrodo. Ambos,

pieza y electrodo, deben ser conductores, para que puedaestablecerse el arco elctrico que provoque el arranque de

material.


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Por ms que en la comparacin con los mtodos

tradicionales de arranque de viruta el EDM aparezca como un

proceso de mecanizado no convencional , hace tiempo ya

que rompi con esa etiqueta. Su amplia introduccin en los

tal leres ha ido acompaada de los grandes avancesexperimentados en los ltimos aos: velocidad de trabajo,

tamao de las piezas, ngulo de corte, costo, precisin,

trabajo desatendido, etc., representan los pilares

fundamentales en los que se sustenta el xito de la

electroerosin, tantode hilocomopor penetracin.

De hecho, actualmente representa el cuarto mtodo ms

utilizado, slo superado por el fresado, el torneado y el

rectificado.


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El mecanizado por electroerosin es un proceso de corte no

convencional; es decir, no corta la pieza por mtodos

mecnicos sino por unefecto erosivo termoelctrico.

Bsicamente, la eliminacin de material se realiza mediante

constantes y rpidospulsos elctricos,generados miles de

veces por segundo desde una fuente de potencia hasta un

electrodo, que forman gran cantidad dechispasa elevadas

temperaturas.

La electroerosin es la tcnica utilizada por la industria parapoder mecanizar con gran precisin todo tipo de materiales

que sean conductores (metales, aleaciones, grafito,

cermicas, etc.) independientemente de cual sea su dureza.


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ELECTROEROSION (EDM): PRINCIPIO FISICO

Al estar ambos electrodos en un medio dielctrico o aislante

la tensin que se aplique a ambos ha de ser suficiente como

para llegar a crear uncampo elctricomayor que larigidez

dielctricadel lquido.


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Bajo la accin de este campo elctrico, iones libres posit ivos

y electrones se encontrarn acelerados creando uncanal de

descargaque se vuelveconductor,y es precisamente en este

punto donde salta la chispa. Ello provoca colisiones entre los

iones (+) y los electrones (-). Se forma entonces uncanal deplasma.


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Bajo el efecto de loschoquesse creanaltas temperaturasen

ambos polos y alrededor del canal de plasma se forma una

bola de gas que empieza a crecer. Por otro lado las altas

temperaturas que se han dado en los dos polos, van

fundiendo y vaporizando parte del material de la pieza,mientras que el electrodo apenas si se desgasta muy

ligeramente.


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En esta situacin (bola de gas grande y material fundido en

ambos polos), se corta la corriente elctrica. El canal de

plasma se derrumba y la chispa desaparece. El lquido

dielctrico entonces rompe la bola de gas hacindola

implosionar (explotar hacia adentro).

Ello hace que se creen fuerzas que hacen salir el material

fundido formando dos crteres en las superficies. El material

fundido se solidif ica y es arrastrado en forma de bolas por el

lquido dielctrico, constituyendo lo que se puede llamar

"viruta del proceso de electroerosin" .


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ELECTROEROSION (EDM): MODELOS

Existen dos clases diferentes de procesos: electroerosin

por penetracin (SEDM) y electroerosin decorte por hilo

(WEDM).

En la electroerosin por penetracin se reproduce(copia)enla pieza la forma de la herramienta util izada (que se denomina

electrodo de forma), mientras que en el proceso de

electroerosin de corte por hilo, el cable o hilo conductor,

normalmente de latn o molibdeno, se util iza como electrodo

paracortarun perfil en el metal.

Cabe definir la facultad de copiado como la capacidad de

reproduccin de la forma de la cara del electrodo sobre la

cara de la pieza.


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En ambos casos, la corriente genera una diferencia de

potencialentre el electrodo y la pieza, normalmente entre 80

y 270 vol tios, y del orden de 50 a 106 amperios/cm2.

El electrodo o hilo, controlado por un sistema deservomotores, se acerca a la pieza a mecanizar, y las dos

partes estn inmersas en unfluido dielctrico,con el fin de

controlar la resistencia a la descarga elctrica en la zona de

corte.

Este lquido puede ser aceite, si se trata de erosin por

penetracin oagua desionizadasi es por hilo.


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Cuando el electrodo est a centsimas de milmetros de la

pieza, la potencia es capaz de superar la rigidez dielctrica

del medio aislante,causando la aceleracin extrema de los

electrones y posi trones, lo cual crea uncanal de plasma.

Las partculas aceleradas, chocan contra los materiales tanto

del electrodo como de la pieza, la temperatura crece a

valores de fusin (entre 8.000 C y 12.000 C) y as, se funden

y vaporizan ciertas y localizadas secciones del metal.

Posteriormente, se genera una implosin y la materiafundida, en forma departculas carbonizadas,es enfriada por

el medio dielctr ico y proyectada fuera del rea de corte en la

pausa de cada pulso.


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Las sucesivas descargas a travs de toda la superficie del

electrodo siempre se producen en los puntos situados a la

menor distancia. De esta manera, la superficie de la pieza de

trabajo va adquiriendo la forma que tenga el electrodo.

A medida que el proceso contina y el electrodo va

avanzando automticamente para mantener constante la

distancia con la pieza de trabajo, se genera la cavidad o el

corte como unarplicadel electrodo.

El ciclo del proceso puede repetirse hasta 250.000 veces porsegundo y en general, la electroerosin puede compararse a

lo que sucede cuando un rayo, en mitad de una tormenta,

golpea el suelo con toda su fuerza.


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En suma, el proceso genera altos niveles de temperatura,

superiores a la resistencia del material. En consecuencia, el

corte esindiferentede la dureza mecnica de las piezas.

Esto permite el mecanizado de alta precisin de todo tipo de

materiales conductores de la electricidad, como metales,aleaciones metlicas y grafito, entre otros, sin importar su

grado de dureza.

En la electroerosin ladurezade la pieza es indiferente: el

mtodo no corta, sino que vaporiza materiales con dureza

por encima de 38 Ra. Incluye acero endurecido, cementado yaleaciones con carbono y tungsteno, adems de materiales

especiales, como hastelloy, stellite, nitralloy, waspaloy y

nimonic, todas ellassper aleaciones.


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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)


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El proceso de electroerosin porpenetracin(SEDM Sink

Electrical Discharge Machining) comienza con la fabricacin

del electrodo, trabajo que no es habitual en los mtodos

convencionales de arranque de viruta. Es necesario disponer

de electrodos preformados,por lo que un factor clave es eldiseo de los mismos.

Generalmente estn hechos decobre o grafito.El ms comn

es el electrodo de cobre, que genera muy buen acabado

superficial a corrientes bajas y buena remocin de material a

corrientes altas.

El segundo material ms utilizado es el grafito, dependiendo

su calidad, puede uti lizarse para desbaste y acabados.


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Entre ms fino sea el grano del grafito, mejor ser el acabado

superficial. Para procesos de desbaste se suele trabajar con

grano de 0,20 mm, mientras que en procesos de acabado el

tamao es del orden de 0,013 mm.

La principal ventaja de este material es su facilidad de

mecanizado para formas complejas.

Para las herramientas en grafito la mxima corriente que

soporta es de 15A/cm2, mientras que para las de cobre no es

recomendado pasar de 10A/cm2.

En teora, cualquier material conductor de la electricidad

puede usarse comoelectrodo.


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Durante el proceso de electroerosin, la pieza y el electrodo

se sitan muy prximos, dejando un hueco que oscila entre

0,01 y 0,05 mm, por el que circula un lquido dielctrico.Al

aplicar una diferencia de tensin continua y pulsante entre

ambos, se crea uncampo elctrico intenso que provoca elpaulatino aumento de la temperatura, hasta que el dielctrico

sevaporiza.

Al desaparecer el ais lamiento del dielctrico salta la chispa,

incrementndose la temperatura hasta los 20.000 C,vaporizndose una pequea cantidad de material de la pieza

y el electrodo formando una burbuja que hace de puente

entre ambas.


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Al anularse el pulso de la fuente elctrica, el puente se rompe

separando las partculas del metal en forma gaseosa de la

superficie original. Estos residuos sesolidif icanal contacto

con el dielctrico y son f inalmente arrastrados por la

corriente junto con las partculas del electrodo.

Dependiendo de la mquina y ajustes en el proceso, es

posible que el ciclo completo se repita miles de veces por

segundo. Tambin es posible cambiar la polaridad entre el

electrodo y la pieza.


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El resultado deseado del proceso es laerosin uniformede

la pieza, reproduciendo las formas del electrodo. En el

proceso, el electrodo se desgasta, por eso es necesario

desplazarlo hacia la pieza para mantener el hueco constante.

En caso que el desgaste sea severo, el electrodo esreemplazado.

Las tasas de arranque de material con electrodo de forma

son del orden de 2 cm3/h.

El electrodo es comnmente hecho de grafito, pues este, por

tener una elevada temperatura de vaporizacin, es ms

resistente al desgaste.


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Puede ser trabajado en una fresadora especfica con el fin de

crear ya sea un electrodomachoo un electrodohembra,lo

que significa que el electrodo tendr la forma opuesta a la

forma deseada y resultante en la pieza de trabajo.

Es buena prctica tener un electrodo de erosin en bruto y

uno que consuma en forma fina y final. Esto puede ser

determinado por lasdimensionesycaractersticasde la pieza

a ser lograda.

Los electrodos pueden ser manufacturados de manera que

mltiples formas pertenezcan al mismo pedazo de grafito.


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Tambin el cobre es un material predilecto para la fabricacin

de electrodos precisos, por su caractersticaconductividad,

aunque por ser un metal suave su desgaste es ms rpido. El

electrodo de cobre es ideal para la elaboracin de hoyos o

agujeros redondos y profundos.

Comnmente estos electrodos se encuentran de dimetros

con tamaos mil imtricos en incrementos de medio

milmetro y longitudes variadas. Este proceso en particular

es muy utilizado para antes del proceso de electroerosinconhilo,para producir el agujero inicial donde pase el hilo a

travs de un grosor de material que es inconveniente al

taladro convencional.


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Elfluido dielctricoes un medio lquido que vara segn las

caractersticas del proceso: en el corte con hilo de latn

comnmente es agua desionizada (agua mezclada con un

aceite soluble de tipo orgnico). Para el mecanizado con hilo

de molibdeno al igual que para el de penetracin, se usaaceite dielctrico derivado del petrleo, querosene o

hidrocarburo activado de elaboracin sinttica.

Comnmente se emplean aceites minerales con punto de

inflamacin entre 120 y 150 C, con elevada viscosidad;petrleos con punto de inflamacin comprendido entre 70 y

80 C y viscosidad media.


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El fluido dielctrico t iene un papel fundamental en el

proceso: crea el medio ideal para el canal conductor, controla

la potencia de la abertura de la descarga y acta a la vez

como aislante y refrigerante.

Adems, por accin de unabomba auxiliar,est en continuo

movimiento, lo que sirve para barrer a travs de un desage,

las partculas erosionadas y preservar la limpieza del espacio

entre la herramienta y la pieza.


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Ventajas

- Al no generar fuerzas de corte como en los procesos de

mecanizado, el torneado y el taladrado, resulta aplicable para

materiales frgiles.

- Se pueden producir agujeros muyinclinadosen superficies

curvassin problemas de deslizamiento, as como de elevada

relacin de aspecto (cociente entre la longitud y el dimetro);

es decir, con pequeo dimetro y gran profundidad,

imposibles con un taladro convencional.

- Al ser un proceso esencialmentetrmico,se puede trabajar

cualquier material mientras seaconductor.


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Ventajas

- Las tolerancias que se pueden obtener son muy ajustadas,

desde 0,025 hasta 0,127 mm.

- Es un proceso de fabricacin nico para lograr complejasconf iguraciones que son imposibles de otra forma.

- Ahorran en ocasiones la realizacin de unacabado rugoso

en la pieza por medio de ataques de cido, pasndose a

denominar acabado de electroerosin". No es un acabadoquizs tan perfecto como el que se obtendra con el ataque

de cido pero por costes y plazos resulta satisfactorio en la

mayora de las ocasiones.


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Inconvenientes

- Tras el proceso suele quedar unacapa superficialde metal

fundido, frgil y de extremada dureza, que debe eliminarse en

aquellas piezas que requieran resistencia a la fatiga.

- Elgrafitoes un material frgil, por lo que la manipulacin de

los electrodos debe ser muy cuidadosa.

- Los electrodos casi siempre requieren ser manufacturados:

por ejemplo, mecanizados en una fresadora que para trabajargrafito.


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Inconvenientes

- La rugosidad que deja en la superficie puede ser muy

elevada en funcin del tipo de aplicacin, y la reduccin de

sta utilizando intensidades menores requiere mucho tiempo,

y en ocasiones se pueden producir defectos indeseadoscomo formacin de carbonillas o manchas.

- El acabado superficial rugoso no es perfecto, resultando

ms rugoso sobre las caras planas que sobre las paredes

verticales por efecto de las chispas espordicas que seproducen al evacuar los restos de material.


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Sectores de aplicacin

Los principales usuarios de las mquinas de electroerosin

son matriceros y moldistas, para procesos de deformacin

plstica e inyeccin.

Los sectores a los que se destinan sus trabajos

principalmente son el sector automotriz, lnea blanca, lnea

marrn, aeronutico y aeroespacial, electrnico y juguetera.


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ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)

En la electroerosin por hilo se uti liza un hilo metlico(electrodo) paracortarun contorno programado en una pieza.


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ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)Electrodos para

corte de hilo


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En la electroerosin por hilo, WEDM (Wire Electrical

Discharge Machining), el electrodo est constituido por un

carrete de hilode latn, latn-zinc o molibdeno.

Las electroerosionadoras de latn cuentan con generadores

ms potentes y servomotores ms precisos, que las de

molibdeno, lo cual permite aplicarmayor potenciaal hilo.

Como resultado, el latn se desgasta con cada pulso, se

desecha e inmediatamente se renueva, permaneciendo

siempre el mismo dimetro de corte, lo que mejora la

precisiny lacalidad superficialde la pieza trabajada.


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En el sistema conmolibdeno,el hilo reutilizado es enrolladoy desenrollado de manera continua, haciendo varias pasadas

con el mismo hilo. En promedio, por cada 10 horas de corte

se reduce 10 % el dimetro del hilo, y esto se convierte en un

problema para trabajos largos, pues a medida que el

electrodo pierde espesor se reduce la precisin y calidad delcorte.

Igualmente, estas mquinas utilizan un sistema de poleas y

guas para mover el hilo, por lo que aumenta la vibracin

mecnica y disminuye la precisin. La calidad superficial seve afectada por el uso de aceites o petrleo como medio

dielctrico, ya que estos son menos eficientes a la hora de

limpiar que el agua desionizada.


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El electro erosionado conlatnes capaz de remover materialpasando una vez por la pieza, y no se reutiliza; por este

motivo puede alcanzar mayores precisiones y velocidades.

As mismo, la precisin y calidad superficial aumentan a

menor dimetro del hilo empleado. El dimetro del hilo en las

mquinas de latn suele oscilar entre 0.1mm, 0.25mm y0.3mm, y para las maquinas de molibdeno varia de 0.18mm y

0.2mm.

Actualmente el mercado ofrece equipos de hilo de latn que

pueden emplear dimetros ms delgados y que incluso

cambian automticamente el hilo a util izar en un corte,usando el hilo msgruesoparadesbastey el msdelgado

para acabado. As mismo, utilizan agua desionizada como

medio dielctrico y el resultado es un corte limpio.


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En la tcnica con hilo de molibdeno, la velocidad es de hasta

100 mm2/min y su menor rugosidad esta entre los 2 y 2.5 Ra.

Por su parte en el corte con latn, se pueden alcanzar

velocidades de 270 a 300 mm2/min y un mnimo de rugosidad

de entre 0.15 a 0.2 Ra. Esto indica que el ms deficiente de

los acabados realizados por latn, con una velocidad de

corte cinco veces superior, es mejor que cualquier corte de

una maquina de molibdeno.

Los filtros son los encargados de retener las partculas

erosionadas y limpiarel fluido dielctrico. Estn hechos de

papel y varan dependiendo del tamiz que tengan. La mayora

de filtros debe cambiarse cada tres meses.


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En un principio, la aplicacin de la electroerosin por hilo se

limitaba a la fabricacin dematrices y punzones,por lo que

la altura de estas piezas no rebasaba los 100 mm. Al mismo

tiempo que moldistas y otros talleres de mecnica general

comenzaron a descubrir las ventajas de la electroerosin, los

constructores comenzaron a aumentar el tamao de las

mquinas y, por tanto, sus capacidades mximas.

As, aumentaron las dimensiones de todos los ejes, sobre

todo en el Z, debindose en buena parte este

dimensionamiento a las nuevas configuraciones mecnicas.


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Dado que los pr imeros modelos de mquinas de hilo estaban

orientados a la fabricacin de matrices, el ngulo mximo era

de un grado para una altura entre 110 y 125 mm.

Con el fin de satisfacer las crecientes necesidades de la

industria de los moldes y de piezas en general, el ngulo fue

aumentando hasta hacer posible alcanzar hoy ngulos de 30

grados en alturas de 400 mm., lo que abre nuevas

aplicaciones a la electroerosin por hilo.


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La evolucin tecnolgica de la electroerosin por hilo ha ido

acompaada por una sustancial rebaja en los precios de las

mquinas, que hoy son hasta un 75 por ciento ms baratas

(con ajuste de la inflacin) que los primeros modelos. Varias

razones expl ican este abaratamiento.

Por una parte, la tendencia seguida por la industria

electrnica (ms prestaciones a menor precio) empuj a la

reduccin del costo de las partes electrnicas. Por otra, el

espectacular aumento en la venta de mquinas posibilit a

los fabricantes las economas de escala. Junto a todo esto,

los nuevos diseos mecnicos contribuan a obtener

mayores precisiones a menor costo.


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Laprecisin mximaha pasado de los 25men los primerosmodelos a tan slo 1 men los actuales. Varios factores han

hecho esto posible: la aparicin de mquinas que

aseguraban que el corte siguiera una geometra programada

con gran precisin; las reglas de vidrio, que garantizaban

una precisin continua con independencia del nmero dehoras de trabajo y las variaciones de temperatura; la termo

estabilizacin de las columnas de la mquina mediante un

dielctrico refrigerado, con el fin de garantizar la

perpendicularidad del hilo.

Todas estas innovaciones hacen que, siendo las mquinasactuales un 75 ms econmicas que las primeras, su

productividad se haya triplicado e incluso cuadruplicado.


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La baja velocidad de corte era la razn por la que lasprimeras mquinas de hilo podan trabajar desatendidas un

buen nmero de horas. Pero el constante aumento de la

velocidad exiga la introduccin de nuevas prestaciones,

como por ejemplo los sistemas deenhebrado automtico.

Dichos sistemas permiten, entre otras posibil idades,

mecanizar sin presencia del operario orificios en matrices o

incluso piezas completas. Los primeros sistemas, surgidos

hace unos 20 aos, tenan un ciclo de 120 segundos y no

eran totalmente fiables; mientras que los ms recientes,adems de ms simples, reducen el ciclo a tan slo 28

segundos, siendo ms fiables incluso mecanizando orificios

con un dimetro 0,05 mm. mayor que el del propio hilo.


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Por otra parte, la posibilidad deautomatizarla carga de las

piezas ha contribuido tambin notablemente a aumentar las

horas de operacin desatendida.

Llegados a este punto, conviene recordar que la eficaz

utilizacin de un sistema de estas caractersticas requiere

una estudiadaprogramacin y planificacin en el taller, de

forma que las piezas y los programas estn disponibles en

cada momento.

Es gracias a estos sistemas automatizados como muchostalleres pueden electro erosionar durante ms de 100 horas

semanales en una misma mquina.


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Dado que actualmente los operarios cali ficados en

electroerosin brillan por su escasez, la mayor facilidad de

manejo de las mquinas ha permitido reducir los costos de

operacin y destinar menos operarios a ms mquinas,

incluso en el turno de da.

Existen en el mercado nuevos sistemas decontrol adaptativo

que ajustan automticamente la presin de flujo del

dielctrico, lafrecuenciay latensindel hilo.

Esta automatizacin elimina la necesidad de tener a unoperario dedicado al ajuste de dichas variables cuando se

necesita cortar secciones de espesores variables.


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ELECTROEROSION: OTROS METODOS DERIVADOS

- Mecanizado por micro electroerosin (MEDM)

- Taladrado por electroerosin

- Fresado por electroerosin

- Rectificado por electroerosin con hilo (WEDG)


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ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS

Los primeros equipos de electroerosin se disearon pararealizar las cavidades o formas en matrices, en los cules se

mecaniza con un electrodo (macho) por separado dos o ms

partes del molde (hembra). Estas primeras mquinas se

denominaron dematriz de penetracin o de pistn.

Actualmente, las mquinas cuentan conportaelectrodosquepueden moverse y girar en trayectoria circular sobre su

propio eje y paralelamente a la superficie de la pieza de

trabajo. Un ejemplo claro, es la utilizacin de un electrodo

con cabeza en forma de L, el cual, una vez que se ha

introducido a una profundidad determinada, se le puedehacer girar sobre su eje produciendo mecanizados interiores

de formas complejas. Laorbitacin del electrodo consigue

hacer un arranque de material en el fondo de agujero.


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Hoy los equipos, tanto de hilo como de penetracin, son

completamente automticos. Las electroerosionadoras

cuentan con unsistema CNC,conectado con la mquina a

travs de una red de datos.

En la computadora el usuario carga losparmetros de corte

previamente, y puede alejarse y dejar sin vigilancia el corte

durante un fin de semana completo.

En las electroerosionadoras modernas las dimensiones

mximas de la pieza de trabajo para el corte con hilo seacercan a 1.500 mm en Y, 1.000 mm en Z y sin lmite en X.


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Para el electroerosionado por penetracin, las piezas de

trabajo son de mximo 1.500 mm en Y, 500 mm en Z y 3.000

mm en X, el ngulo mximo de inclinacin es 45 grados y la

mxima combinacin ngulo/altura es 30 grados, con 450

mm de altura.

As mismo, cuentan con grandes tanques de trabajo, que

garantizan amplios recorridos en los ejes X-Y-Z (4.000, 2.000,

1.250 mm, respectivamente), una capacidad de carga de

hasta 25.000 kilogramos y alcanzan velocidades de remocin

de material de hasta 500mm2/min.


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La precisin de una mquina es de 0.002 mm. para

electroerosionadoras de hilo y 0.001 mm. para las de

penetracin, mientras el acabado superficial es

aproximadamente de 0,5 y 2 Ra (rugosidad superficial

promedio) para hilo y para penetracin.

Vale anotar que, los resultados son tan buenos o mejores

que el acabado por rectificado.

Bsicamente las electroerosionadoras estn compuestas

por:


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Columna armazn vertical, dnde se encuentra elgenerador de potencia, una de las partes ms importantes

del equipo de electroerosin. Elgenerador de potenciaest

compuesto, comnmente, por un circuito, sistema de

encendido y apagado transistorizado de alta frecuencia, un

equipo de proteccin elctrica (resistencia) y unestabilizador

oscilante.

El generador es el encargado de crear eldiferencial elctrico

entre el electrodo y la pieza, a travs de una descarga en

forma de pulsos, la duracin de cada pulso es muy rpida, yaque pueden producirse del orden de hasta varias decenas de

miles de pulsos en un segundo.


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Cabezal en l estn los servomotores o los motores depaso, segn el equipo, y son aquellos que ejecutan los

movimientos de corte sobre cinco ejes coordinados.

Adems, sostiene el porta-electrodo en la mquina de

penetracin y en el caso del electro erosionado con hilo,

cuenta con sistema de rodillos y boquillas por donde pasa elalambre, y se encarga tambin de tensionar el hilo.

Mesa de fi jacin de la pieza est inmersa dentro del tanquede trabajo y es dnde se fija el material a mecanizar. En el

corte por penetracin, el fluido dielctrico siempre cubre lapieza, mientras que en la mquina por hilo, puede o no estar

sumergida totalmente y en ambos casos hay presencia

permanente de chorros de fluido dielctrico.


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Bancada es la parte inferior del equipo donde estmontada la mquina, all se encuentran las guas de los ejes

X y Y, reguladas por servomotores.

Control numrico una sofisticada red de transmisin dedatos se conecta con la computadora, la cual transmite atravs de una interfase el programa de corte, previamente

elaborado. Las mquinas actuales cuentan con un puerto

serial que sirve para que le sean instaladas memorias

externas y as ampliar la capacidad interna del equipo.


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Sistema hidrulico de lubricacin, desionizado y

refrigeracin todas las mquinas cuentan con un sistemacclico de refrigeracin, lubricacin y aislante elctrico, que

se encarga de impulsar y hacer circular el fluido dielctrico,

con la ayuda de bombas hidrulicas, desde un tanque de

enfriamiento hasta el tanque de trabajo, para despus serfilt rado y nuevamente reciclado.

El sistema de refrigeracin mantiene el fluido a una

temperatura constante de 20 C.


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Componentes de una mquina

electroerosin


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Maquina deelectroerosin

por penetracin


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por penetracin


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por penetracin


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por penetracin

ELECTROEROSION MAQUINAS Y EQUIPOS


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por penetracin



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Maquina de

electroerosin

por penetracin

de gran tamao



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Maquinas detaladrado por

electroerosin



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por penetracin CNC



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por hilo



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Maquinas de

electroerosin por hilo



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Maquina deelectroerosin por hilo

ELECTROEROSION: RECOMENDACIONES


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Una evacuacin o limpieza inadecuada de las partculascarbonizadas de la erosin, impide el buen funcionamiento

de la mquina y disminuye la velocidad de remocin de

material; estas partculas obstruyen el canal conductor y

pueden generarinterrupcionesen la descarga.

Inclusive cuando un carbn no es removido adecuadamente,

puede hacer un hueco de su tamao en la pieza de trabajo o

en el electrodo y por ende, disminuir lavida tildel electrodo

odaarla pieza a trabajar.

Este fenmeno se puede evitar con buenlavado,un aceite de

buena calidad y en otros casos, solamente incrementando el

tiempo de pausa del pulso elctrico.



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Para lograr un excelente acabado superficial, es importanteelegir el refrigerante adecuado. Generalmente, el ms

utilizado por economa es el petrleo; sin embargo, no se

recomienda para la mayora de trabajos, pues ste debera

usarse slo endesbastesde media potencia y acabado fino.

Para mecanizar piezas pequeas no influye mucho el tipo de

aceite, pero para mecanizar piezas grandes lo mejor es usar

aceites sintticos.En la electroerosin de sper acabado o

acabado espejo, se recomienda emplear aceite sinttico y

para obtener un mejor rendimiento se pueden usaraditivoslubricantes tambin de aceite del tipo bioelctrico, lo cual

aumenta la velocidad de remocin y facili ta el buen acabado.



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La limpieza del fluido dielctrico debe ser vigiladaperidicamente y cundo sea necesario cambiar los fi ltros de

papel.

Es importante desarmar el porta-electrodos para limpiarlo y

de igual forma hacerlo con el sistema de rodillos y boquillasen las mquinas de hilo, de ello depende la vida til de los

equipos, la cual es superior a diez aos.

MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)


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El ECM (Electro Chemical Machinig) es una tecnologaimportante para mecanizar materiales difciles de conformar

y para crear contornos complicados. Debido a las ventajas de

esta tcnica, los campos principales de aplicacin son la

industria aeroespacial, la industria del moldeado y las

operaciones de acabado superficial.

Durante el mecanizado electroqumico el arranque de

material es debido a un proceso de disolucin gracias al

cual, en la pieza, no se genera ningn tipo de estrs residual,

la temperatura a la que se trabaja es inferior a 100K y laherramienta (contra electrodo) no sufre desgaste.



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El proceso ECM permite la eliminacin de rebabas y micro

rebabas generadas por torneado, roscado, rectificado, etc.

Ofrece a su vez la posibi lidad de real izar radios en

intersecciones o cualquier otra zona interna de la pieza,

trabajando de modo preciso, con unas tolerancias mnimas y

sin crear rebabas secundarias.

El proceso de ECM se real iza mediante una corriente

elctrica que circula desde la pieza (nodo) hacia la

herramienta (ctodo) a travs de una solucin electroltica

(NaCl o NaNO3). Gracias a esta corriente elctrica se

consigue el iminar el material sobrante por disolucin

molecular del mismo, y las partculas de material disuelto

son posteriormente filtradas para conservar las

caractersticas del electrolito.



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( )

En caso de una pieza dehierro,la reaccin se describe delsiguiente modo:

Gracias al control existente sobre la intensidad de corriente

usada y el t iempo de proceso, se ajusta la cantidad dematerial a eliminar en funcin de los requerimientos del

cliente.



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Q ( )

Es necesario resaltar que elgrado de arranquede material nodepende de las propiedades mecnicas de la misma sino que

depende principalmente de la composicin qumica. Las

caractersticas del mecanizado electroqumico hacen posible

que el arranque de materia sea a nivel de tamao micro,

pudindose aplicar de manera efectiva para mecanizar microdetalles.

Esta tcnica puede aplicarse para producir diferentes

geometras en superficies de metales y aleaciones en un

rango de 1 a 100 m. La seleccin adecuada de parmetros yel uso de ctodos precisos hacen posible mecanizar

superficies tanto internas como externas con tolerancias de

hasta 1 m.



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( )

Para el proceso es necesario un utillaje consistente en dosplacas de material aislante. Normalmente las piezas son

colocadas en laplaca inferiorque se encuentra en contacto

con el polo positivo del circuito, mientras que la placa

superioraloja los ctodos(polo negativo).

Este utillaje es diseado para cubrir todas las exigencias del

cliente, existiendo un gran abanico de opciones en el diseo

y construccin del mismo.

Estos utillajes permiten trabajar varias piezas al mismotiempo, siendo el nico lmite, las dimensiones de las piezas

y el tiempo necesario para la carga y descarga.



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( )

Una vez colocadas las piezas en la mquina e iniciado elciclo, la placa superior desciende hasta colocar los ctodos

en la posicin de trabajo, se hace pasar elelectrolitopor la

zona a desbarbar o mecanizar y comienza a circular la

corriente elctrica.

Las piezas pueden ser introducidas y retiradas de la mquinademodo automticogracias a la posibilidad de robotizar el

proceso, permitiendo as reducir los tiempos de carga y

descarga.

Otras posibles configuraciones son las mquinas de doble

estacin,que permiten suministrar corriente a dos utillajes

simultneamente, y lasmquinas Tandemque permiten usar

dos utillajes de modo alterno.



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Gracias a esta configuracin es posible procesar un grupo de

piezas en un utillaje mientras se realiza la carga y descargadel otro util laje, logrando de este modo un alto ritmo de

produccin.

Este sistema adems de realizar mecanizados y radios en

lugares de difcil acceso con formas complejas, permite

eliminar el rebabado manual, tedioso y no garantizado. A

diferencia de otros procesos como el granallado o el vibrado,

el desbarbado electroqumico evita los daos superficiales

de las zonas delicadas de las piezas como roscas externas o

paredes finas, ya que el proceso se realiza sin ningn tipo de

accin mecnica, evitando que las piezas entren en contacto

entre s, o con algn otro tipo de material que las pudiese

daar.



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El proceso electroqumico es el al iado perfecto paramecanizados complejos y para desbarbar piezas en series

medias o largas, gracias a un reducido tiempo de proceso

(normalmente de 5 a 20 s.) y de preparacin de mquina (de

15 a 20 minutos).

En su conjunto, las mquinas electroqumicas son fciles de

usar y programar, adems pueden ser util izados como

sistemas independientes o integrados en la l nea de

produccin. Ofrecen una gran variedad de configuraciones

dependiendo de las necesidades especificas de cada clienteen trminos de volumen de produccin, tipo de material, y

dimensiones de las piezas.



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Por otra parte las mquinas electroqumicas no precisancomplejas instalaciones gracias a la simplicidad de los

suministros necesarios.

La mquina es alimentada mediante una conexin a la red

elctrica de 380V, y el suministro del electrolito se realizadesde un deposito acoplado a la mquina.

A excepcin de loshidrxidosprovenientes de la disolucin

del material, el proceso de mecanizado y desbarbado

electroltico no genera ningn tipo de residuos.



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Los campos de aplicacin ms frecuentes del proceso

electroltico son sistemas de frenos ABS, ruedas dentadas,componentes para sistemas de inyeccin diesel, cuerpos de

vlvulas, cajas de direccin, componentes neumticos e

hidrulicos, etc., y es aplicable a todos los materiales

conductores como acero, aluminio, metales no ferrosos, y

otros.


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RECTIFICADO ELECTROQUIMICO (ECG)


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La tcnica ECG (Electro Chemical Grinding) combina elmecanizado electroqumico (ECM) con elrectificado normal.

La piedra rectificadora es un ctodo giratorio embebido en

partculas abrasivas,que tienen las funciones de servir como

aislantesentre la piedra y la pieza y de quitar mecnicamente

los productos de laelectrlisisdel rea de trabajo.Ya que slo alrededor del 5% de la remocin es por accin

del abrasivo (el resto es por el electrolito), el desgaste de la

piedra es muy bajo.

Como ventaja principal, el proceso presenta mayor rapidez

de remocin que en el rectificado convencional, con una

duracin de herramienta mucho ms grande, inclusive para

materiales con elevada dureza.

RECTIFICADO ELECTROQUIMICO (ECG)


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FRESADO QUIMICO (CM)


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Elfresado qumico(CM Chemical Milling) es un proceso noconvencional, que consiste en la eliminacin pordisolucin

selectivay controlada de una aleacin metlica, por medio de

agentes qumicosadecuados (soluciones acuosas cidas

bsicas), para fabricar piezas con formas, dimensiones y

pesos adecuados.

La eliminacin del metal se consigue por inmersin en la

solucin de ataque porproyeccin de la misma sobre la

superficie del componente, el cual puede previamente haber

sido recubierto con unamscara protectoraresistente a lasolucin de ataque, sobre la que se ha realizado un trazado y

un pelado de las superficies que se desea atacar.



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De una manera sencilla, el proceso de fresado qumico sepuede resumir en las siguientes operaciones:

1.- Desengrase

2.- Chorreado

3.- Aplicacin de la mscara

4.- Trazado manual con lser

5.- Pelado de la mscara

6.- Ataque de la solucin



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En el caso del titanio,se trata de sumergir la pieza en unamezcla de cido ntrico - fluorhdrico en presencia de un

tensoactivo a unos 400 C de temperatura.

La pieza perder masa a unos 0,02 mm/minuto, y las partes

que no se desee atacar se pueden recubrir con neoprene ocopolmero de isobutileno - isopropi leno.

Las ventajas de este proceso son la posibilidad de fresado de

una superficie varias a la vez, fresado de contornos

complejos, texturas de acabado superficial muy finas, yausencia de distorsiones en paredes de seccin delgada.



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Las limitaciones ms importantes son:

- Todos los defectos irregularidades superficiales son

reproducidasdurante el fresado qumico.

- En los cortes en ngulo, ste nunca se produce con radiocero.

- Los bordes de corte resultanafilados y cortantes

- El lmite de profundidad de corte para que no se produzcaun sobrevuelo del borde est alrededor de 3 4 milmetros.

MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)


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El USM (Ultra Sonic Machining), tambin conocido comorectificado por impacto ultrasnico,es un mtodo en el que

se emplea una herramienta y abrasivos sueltos. Se hace

vibrar la herramienta a una frecuencia ultrasnica y sta

arrastra a los abrasivos generando una rotura frgil en la

superficie de la pieza.

La forma y dimensiones de la pieza estn en funcin de la

herramienta. Como el arranque del material est basado en la

rotura frgil, este mtodo es adecuado para mecanizar

materiales tan frgi les como el vidrio, los materiales

cermicos, el silicio el grafito, y prcticamente cualquier

material duro.



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El trmino ultrasonidos es debido a que la vibracin se

produce a una frecuencia prxima a los 20kHz (vibra unas20.000 veces por segundo), frecuencia que est en el rango

de los ultrasonidos.



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El proceso del mecanizado porultrasonidos rotatorio(RUM -Rotary Ultrasonic Machining) es un avance tecnolgico del

clsico mecanizado por ultrasonidos USM. Se basa en la

eliminacin de material mediante lacombinacin de giro y

vibracin ultrasnica endireccin axial de una herramienta,

generalmente dediamanteque, a su vez, se alimenta con unacorrienteinterna - externa de fluido de corte.

Esta herramienta vibra unas 20.000 veces por segundo

gracias a unpiezoelctricoincorporado en el cabezal.

El mbito de aplicacin del RUM est dirigido

fundamentalmente al mecanizado de materiales duros yfrgiles como las cermicas tcnicas, los vidrios, metales

endurecidos, silicio, piedras preciosas, etc.


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Laseparacin continuaentre herramienta y pieza gracias aesavibracin ultrasnicahace que, en comparacin con los

mtodos tradicionales, las fuerzas de corte se reduzcan y

que la generacin de calor sea menor. Esto se traduce en una

proteccin de la herramienta y de la pieza aumentando la

productividad en hasta 5 veces la de dichos procesos

convencionales, y la obtencin de unos acabados

superficiales incluso menores que 0,2mm.

As mismo, la presencia de una serie de algoritmos de

control inteligentes ayudan a optimizar por completo el

proceso de corte, as el ADR monitoriza el par (se protege laherramienta) y el ACC controla la fuerza en direccin axial

mediante seales acsticas (se protege el piezoelctrico).


Aplicaciones del RUM


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Aplicaciones del RUM

- Industria del automvil: discos de freno, toberas de

inyeccin, insertos de moldes de inyeccin, en materiales

como Nitruro de Silicio, Almina, metal duro, acero templado

(55HRc)

- Industria de los semiconductores: plaquitas (Wafer),

elementos de refrigeracin en materiales como Silicio,

Cuarzo, Hialino.

- Industria ptica: lentes cncavas y convexas, espejos en

materiales como Zafiro, Silicio, Zerodur y vidr ios varios.

- Industria mdica: articulaciones, coronas dentales en

materiales cermicos varios como Zirconio, Almina.- Varios: guas antidesgaste, pirometra, boquillas de

soldadura, aisladores trmicos, materiales cermicos.



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Todas estas aplicaciones tienen un elemento en comn: lassuperiores propiedades de alta dureza, resistencia mecnica

al desgaste, baja densidad, resistencia a la abrasin a altas

temperatura, capacidades pticas, etc.

Mediante RUM se pueden mecanizar geometras que

difcilmente podran conseguirse con otros procesos defabricacin como por ejemplo agujeros de 0.5 y 10mm de

profundidad en Silicio, roscado interior en metal duro calidad

H6, etc.

El mecanizado por ultrasonidos rotatorio aparece como una

clara solucin para el procesado ptimo de materialesavanzados como cermicas, metales endurecidos y vidrios.



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Aplicaciones del mecanizado por ultrasonido


Dado que los procesos abrasivos como el recti ficado


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Dado que los procesos abrasivos como el recti ficado

procesan este tipo de materiales, se deben subrayar losavances que supone la tecnologa RUM:

- Reduccin de losesfuerzos de corte,de la carga trmica a

la pieza y con ello el desgaste de la herramienta debido al

menor tiempo de contacto de cada grano abrasivo con el

material de pieza, inherente al movimiento ultrasnico.- Lasuperposicinde movimientos, rotacin y giro, hace que

se obtengan mayores tasas de arranqueque en el caso de

los procesos convencionales como el rectificado (hasta 5

veces mayores).

- Granacabado superficial,debido a las menores fuerzas delproceso, pudindose obtener superficies con rugosidades

menores que 0.2 mRa hasta suprimir el pulido.



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- Elmovimiento ultrasnicojunto con el refrigerante interno yexterno hace que la herramienta experimente un proceso de

autolimpieza, evitando as el fenmeno de embotamiento y

facil itando el regenerado de la misma.

- El proceso produce una capa superficial de tensiones

residuales de compresin, por lo que se aumenta la vida a

fatiga.

- Se pueden tratar materiales duros y frgiles llevando a cabo

pequeas operaciones de corte, desde 0.5mm as como

diversas operaciones en una sola mquina, como taladrado yfresado, agujeros de gran profundidad, contorneados,

ranurados, planeados o superficies complejas.


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MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)


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El lser es unafuente de luz coherentede alta energa cuyosignificado es Ampl if icacin de Luz por Emisin de

Radiacin Estimulada , que en ingls forman las siglas

LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of

Radiation).

El sistema lser principalmente consta de tres componentes:

- Un medio activo, que en nuestro caso es un cristal de

Nd:YAG.

- Un medio de excitacin, que en nuestro caso es unalmpara.

- La ptica delresonador.


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Este haz lser es reflejado al 100% por un espejo, y sloparcialmente por otro espejo. El haz lser que no es reflejado

es el que se uti liza para procesar el material.

El haz lser esencialmente paralelo es fcil de transportar a

largas distancias para llevarlo al sitio donde se necesita. Enel rea de procesado, el haz lser enfocado en un punto

pequeo est provisto de la energa necesaria para calentar,

fundir o hastaevaporarmetales.



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La gran ventaja de esta tecnologa es la posibilidad demecanizar casi todo tipo de materiales independientemente

de su dureza o maquinabilidad, desde aceros, aleaciones

termo resistentes, cermicas hasta metal duro, si licio, etc.

El lser en estado slido se encuentra compuesto por uncristal de Nd:YAG, que permite una potencia media de lser

de 100 W, siendo los picos de potencia de 20 Kw.

La alta densidad de energa del haz lser en el punto de

enfoque permite que se produzca el proceso de ablacin,

haciendo que el material se vaporice. El dimetro del haz en

el punto de enfoque puede ser de 30 mm. o de 100 mm.



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Si a la tecnologa del lser le aadimos la tecnologa defabricacin aalta velocidad,se dispone de un equipamiento

ms completo que permite el mecanizado de moldes que

presenten detalles complejos y precisos, a la vez que se

pueden obtener paredes verticales y acabados de esquinas

vivas.

Una de las grandes ventajas de esta tecnologa es que al ser

una fuente de energa la que incide sobre el material, no se

producen desgastes, roturas ni colisiones de la herramienta

de corte, lo que supone una gran ventaja al proceso de

arranque de viruta tradicional.



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El uso de la tecnologa lser (LBM) en el mecanizado demateriales para la fabricacin de micro productos ha sido

estudiada durante la ltima dcada, y se presenta, a da de

hoy, como una tecnologa ampliamente insertada en el

mundo industrial.

La aplicacin de la tecnologa lser a procesos de micro

fabricacin se encuentra en una zona de precisin

intermedia, que la convierte en una tecnologa de elevada

demanda en funcin del volumen de componentes para cuya

fabricacin ser previsiblemente aplicada.



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Las herramientas basadas en el empleo del lserproporcionan alternativas de fabricacin particularmente

interesantes a escalamicroscpica.

En particular, la posibi lidad de uti lizar el lser como

herramienta de precisin ofrece una alternativa ventajosa enla realizacin de procesos de micro fabricacin tales como

corte, soldadura, taladrado, marcado, ablacin y conformado,

procesos por otra parte tradicionales entre las aplicaciones

industriales de los lseres de potencia.


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Aplicaciones


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p

- Mecanizado de figuras y piezas de pequeas dimensiones,

permitiendo obtener esquinas vivas y agujeros de pequeo

dimetro; es decir, formas geomtricas que no es posible o

es muy costoso obtener mediante procesos convencionales.

- Creacin decavidadespara aplicaciones tan diversas comomoldes tcnicos de precisin, tcnica mdica, electrnica y

moldes de semiconductores, micro tecnologa, construccin

de prototipos.

- Creacin de cavidades para moldes de microinyeccin,

micro postizos para la matricera, grabados superficiales yprofundos, y sustituir operaciones de electroerosin en

casos concretos.



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Aplicaciones del

mecanizado

por rayo lser

MECANIZADO POR HAZ DE PLASMA (PBM)


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El fundamento del corte por plasma(PBM Plasma BeamMachining) se basa en elevar la temperatura del material a

cortar de una forma muy localizada y por encima de los

30.000 C, llevando el material hasta el cuarto estadode la

materia (el plasma), estado en el que los electrones se

disocian del tomo.

El procedimiento consiste en provocar un arco elctrico

estranguladoa travs de la seccin de laboquilladel soplete,

sumamente pequea, lo que concentra extraordinariamente

la energa cintica del gas empleado, ionizndolo, y por

polaridad adquiere la propiedad de cortar.


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La ventaja principal de este sistema radica en su reducidoriesgo de deformaciones, debido a la compactacin calorfica

de la zona de corte. Tambin es valorable la economa de los

gases aplicables, ya que a priori es viable cualquiera, si bien

es cierto que no debe de atacar al electrodo ni a la pieza.

El equipo necesario para aportar esta energa consiste en un

generador de alta frecuenciaalimentado de energa elctrica,

gas para generar la l lama de calentamiento (argn,

hidrgeno, nitrgeno), y un porta electrodos, que

dependiendo del gas puede ser de tungsteno, hafnio o

circonio.


El vaporizado de plasma es una tecnologa de partculas


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adaptado para ladeposicin rpidade una capa gruesa (>30

mm). En cuanto a su mayor aplicacin a la hora de fabricar

micro-componentes a futuro, se puede destacar la

produccin por lotes de sensores de gas de estado slido.

Sin embargo, a da de hoy, resulta ser una tecnologa no

demasiado empleada.

Por la vertiente elctrica del equipo, la normas de seguridad

aplicables son las correspondientes a esta maquinaria,

considerando adicionalmente los gases que puedan

desprenderse en el proceso por suciedad de la pieza.


Aplicaciones


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El acero al C, acero inoxidable, y aluminio puede ser cortado

por arriba de 5181.6 mm. de ancho y el largo es casi i limitado.

Elresonador lseresta especialmente diseado y montado, y

se mueve con la maquina en direccin longitudinal, mientrasque en la direccin transversa un sencillo flying optic gua el

lser a la pieza de trabajo.

Este diseo elimina divergencias en la viga a lo largo del eje

longitudinal, asegurando laintensidaddel lser, y la calidaddel corte constantemente se recuerda.

MECANIZADO POR HAZ DE ELECTRONES (EBM)

La eliminacin de material mediantehaz de electrones(EBM

El t B M hi i ) t d l t l


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Electron Beam Machining) es otra de las tecnologas enauge. En lugar de hacer saltar arcos elctricos, este mtodo

emplea unhaz focalizado de alta velocidad de electrones,el

cual funde y vaporiza el material.

La tecnologa EBM se emplea para la escritura sobre unaclula electro sensible o para crear variaciones superficiales

del material. Las tcnicas bsicas estn muy desarrolladas

para la produccin de mscaras de los circuitos integrados y

especialmente para la fabricacin de estructuras

superficiales, como la ptica binaria. El dimetro transversaltpico del haz de electrones est comprendido entre 10 y 200

mm. para el punto de focalizacin sobre la pieza.

MECANIZADO POR HAZ DE ELECTRONES (EBM)


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MECANIZADO POR HAZ DE IONES FOCALIZADOS (FIB)

Algunos autores clasifican la tecnologa FIB (Focused Ion

Beam) como na tecnologa p ramente mecnica en la c al


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Beam) como una tecnologa puramente mecnica, en la cualla punta de la broca se reemplaza por un haz de iones

altamente energticos. Se emplea unafuente lquida de iones

metlicos, por ejemplo galio, obteniendo dimetros de haz

por debajo de la micra en la zona focalizada.

El mecanizado por haz de iones focal izados es una

tecnologa idnea para el mecanizado de estructuras de

dimensiones muy reducidas, detalles muy finos e incluso

estructuras en 3D, gracias al dimetro de haz de 10-50 nm.

Los iones son dirigidos y focalizados desde una fuente de

plasmasobre la superficie donde se elimina el materia.

MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)

El agua, a pesar de transmitir una gran sensacin de

ilid d d ili f


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tranquilidad, se puede utilizar para generar una fuerza muy

elevada.

Hoy por hoy es una herramienta industrial totalmente

innovadora.

Presurizada a unos niveles muy altos, y canalizada a travs

de orificios muy pequeos, el aguacortade una forma muy

precisa casi todos los materiales.

El corte con agua(AWM Abrasive Waterjet Cutting) es elproceso de mecanizado de mayor crecimiento en los ltimos

5 aos.



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Tipos de bombas


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Labomba de ultra alta presines el corazn del sistema de

corte. En el caso de las bombas tipointensificador,la presin

se genera mediante un multiplicador de presin en un

cilindro hidrulico de doble efecto, el cual trabaja con 210

bares de presin de aceite, y transmite el movimiento a los

pistones de agua, que teniendo una relacin de superficies

de aproximadamente 1 a 20, comprimen el agua por encima

de 4100 bar.

A esta presin el agua se comprime a un 13%.


Bomba intensificadora

de agua


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de agua

A. Acumulador de agua

B. Intensificador de

ultra-alta-presin de agua

C. Filtro de agua

D. Purificador de aceite

E. Motor

F. Bomba de aceite

G. Refrigerador de aceite


Tipos de bombas


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Otro bomba tipo intensificador genera la presin a travs de

una bomba de aceite. Esta presin es enviada a un

intensificador (multiplicador de presin) que transforma, por

efecto Pascal, la presin de aceite en presin de agua. En

este tipo de bombas se conseguido superar la barrera de los4.100 bares. de presin.

Cuanto ms elevada es la presin, mejores son los acabados

que se consiguen, y mayor velocidad de corte.


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La formacin del haz de agua en el cabezal de corte


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La estabilidad de haz de agua se garantiza con unatenuador

de presin integrado en un sistema de tubera de alta

presin. Dentro de este sistema se incluyen tambin tuberas

flexibles de alta presin que conducen el agua hasta la

misma cabeza de corte.

En dicha cabeza untaladromuy pequeo en una piedra de

rub transforma la presin del agua en velocidad. El tamao

de este taladro es aproximadamente el de un pelo humano, y

el haz de agua alcanza a travs suyo una velocidad de 3mach.


Este haz de agua es capaz de cortar una gran variedad de

materiales. Los materiales blandos como las gomas,


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materiales. Los materiales blandos como las gomas,espumas, compuestos para las juntas de automocin, fibras

de paales e incluso los al imentos, se pueden cortar

solamente con agua a alta presin. En este caso solo se

util iza laenerga cinticadel agua para producir el corte.

Si adems se le aadegranatecomo elemento abrasivo al

haz de agua, se pueden cortar todo tipo de materiales duros

tales como metales, piel natural, mrmol, cristal, o materiales

reforzados con fibras. En este proceso, el agua acelera las

partculas del abrasivo para producir el corte dejando unaspecto satinado en su perfil.


Una vez generada la presin por la bomba, la misma es

transmitida a travs de los conductos de alta presin hasta la


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transmitida a travs de los conductos dealta presinhasta lacabeza de corte. En este punto, la energa de presin se

transforma en energa cintica al atravesar un orificio de un

tamao aproximado de 0,3 mm.

El chorro generado, que viaja a tres veces la velocidad delsonido, pasa a travs de lacmara de mezcla,en la que se

produce el efecto venturi para absorber el abrasivo y

mezclarlo con el haz de agua.

A partir de este punto, el chorro de agua y abrasivo pasa atravs del tubo de mezcla, y acaba impactando contra el

material a cortar.


El principio de los procesos decorte con agua pura(AWM), y

decorte con agua y abrasivo(AWJM) es el mismo. La nica


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g y ( )diferencia, es que en este ltimo se aade abrasivo en la

parte inferior, para acelerar sus partculas contra el material.

En este caso es necesario hacer llegar el abrasivo hasta el

cabezal.

Esto se consigue a travs de diferentes sistemas: el msavanzado consiste en unatolvadel entorno de los 200 Kg. de

capacidad en la que se deposita el abrasivo. Esta est

comunicada con un depsito presurizado, que es el

responsable de enviar el abrasivo hasta la cabeza de corte.

En ese punto se encuentra un dosificador de abrasivoquegarantiza el aporte ptimo por unidad de tiempo al cabezal.


Proceso AWJM

Corte con agua yabrasivo


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abrasivo


Una herramienta muy til para el cabezal de corte, es lo que

se denomina " sistema de asistencia de vaco en perforacin


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p

Paser 3".

Este sistema permite asegurar un proceso de perforacin

seguro y consistente, incluso en materiales muy frgiles

como el cristal, la piedra o la cermica. As se evita lanecesidad de pretaladrar mecnicamente las piezas.


Corte de distintos materiales


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Partiendo de una energa fija en la boquilla de corte, la

velocidad y la calidad de corte en los materiales son funcin

de su ndice de maquinabilidad, y del espesor que se

pretenda cortar.

Por lo tanto, cuanto menor es el ndice de maquinabilidad,

ms lento se hace el corte, y cuanto mayor espesor tambin

se reduce la velocidad de corte.

La posibilidad de cortar materiales es espectacular. Casi

todos los materiales de la naturaleza pueden ser cortadoscon esta tecnologa, tanto con agua como con agua con

abrasivo.


Aunque los espesores de corte ms comunes en esta

tecnologa oscilan entre los 0,5 mm. y los 120 mm. para


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materiales duros, en ocasiones los usuarios de corte con

agua y abrasivo llegan a cortar hasta 350 mm. de materiales

como el acero inoxidable.

En el corte de espesores reducidos, esta tecnologa permitela colocacin de varias capas una encima de otra para

cortarlas a la vez, manteniendo las calidades de corte con

cierta homogeneidad, y aumentando as en gran medida la

productividad del proceso.


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En el 90% de los casos las piezas cortadas por agua pueden

tomarse como piezas terminadas. Cortando a menorvelocidad es posible obtener una pieza totalmente terminada


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velocidad, es posible obtener una pieza totalmente terminada

que no requiere mecanizado posterior. Es posible tambin

aumentar la velocidad a cambio de obtener un peor acabado.

Para corte de vidrio y materiales frgiles se dispone de unsistema denominado asistencia de vaco en perforacin",

que evita que el material se rompa cuando el agua impacta

sobre el mismo, pues tiene tendencia a romperse. Con un

proceso en el que se hace circular el abrasivo dentro de la

cabeza de corte antes de que pase el agua, se consigue queel agua llegue con abrasivo, por lo tanto erosiona el material

y no deteriora la perforacin.



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Aplicaciones de mecanizadopor chorro de agua



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Secuencia del proceso de corte del sopor te para el alternador de una moto marca Harley-Davidson

A. Boceto provisto por el cl iente con el dibujo de la parte

B. Plantilla de cartn con la silueta de la pieza

C. Escaneado y vectorizado del modelo

D. Digitalizacin en software CAD

E. Se importa el archivo al software de mecanizado CNC, inicindose el proceso AWM

F. Corte del prototipo en material blandoG. Comparacin del prototipo rpido con la plantilla del cliente

H. Pieza orig inal de acero cor tada por waterjet.

I. Soporte torneado y cromado, instalado en el alternador de la moto.

.


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Ejemplos de mecanizado por chorro de agua


Cabeza de corte de tres dimensiones

El corte de materiales en tres dimensiones se consig e con


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El corte de materiales en tres dimensiones se consigue con

mquinas decinco ejes,(x, y, z y dos ms) para la cabeza de

corte. De esta forma permiten al cabezalinclinarsey acceder

a cualquier posicin.

Lo ms interesante de este sistema es que mantiene el punto

focal siempre en el mismo sit io, y puede as ejecutar

cualquier movimiento con estos dos ejes manteniendo

siempre el cabezal fijo. Con esto se mejora la velocidad y el

acabado de la pieza.


Cabeza de corte de tres dimensiones

Estas mquinas tienen aplicaciones especialmente en el


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Estas mquinas tienen aplicaciones especialmente en el

mundo del automvil y en el aeroespacial, y los materiales

que se cortan con este sistema son el titanio, aluminio y

fibras de carbono, entre otros.

Tambin tiene aplicaciones en el corte de papel y en el corte

de juntas, donde se utiliza una mquina con 5 cabezales de

corte.

MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA: MAQUINAS


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CNC-Router Waterjet

A. Tanque para almacenamiento de agua D. Depsi to de material abrasivoB. Bomba intensi ficadora de agua E. Accesor io suminis trador de abras ivo

C. Equipo desionizador de agua F. Mesa de corte

G. Controlador CNC



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Por ejemplo, con el corte dinmico,se obtiene la capacidad

de producir totalmente piezas acabadas sin ningn tipo deconicidad en la superficie de corte adems de conseguir una


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conicidad en la superficie de corte, adems de conseguir una

precisin muchsimo mayor de la que hasta ahora se poda

alcanzar con las mquinas convencionales.

En el futuro se podrn producir piezas en el entorno de lascentsimas de mm. en ausencia de cono y, si por otro lado la

precisin obtenida en la actualidad fuera suficiente, se podra

cortar de 2 a 3 veces ms deprisa que hasta ahora. Con esta

tecnologa se ganar bien en calidad o precisin, bien en

velocidad de proceso.


Durante ms de 20 aos los sistemas de corte con agua han

probado su amplio espectro de aplicaciones. Sin embargo,hasta este momento siempre ha existido un lmite


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insuperable: cuanto ms rpida fuera la velocidad de corte

ms se retrazaba el haz y, por tanto, se hacan patentes ms

defectos en la superficie de corte.

En su recorrido de arriba abajo, el haz se abre de forma

cnicao en forma de V, y en las esquinas de las piezas este

retraso del haz puede significar un dao importante a su

geometra. La tecnologa de corte dinmico con agua

resuelve estos problemas de conicidad y tolerancia de la

pieza. Ahora se pueden cortar con mucha mejor calidad y

mucho ms deprisa.


La clave de este nuevo proceso es un conjunto de

complicadosmodelos matemticos,distintas variables con ladeflexin del haz de luz, y la relacin entre su punto de


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deflexin del haz de luz, y la relacin entre su punto de

entrada y de salida.

Para trabajar con esta tecnologa basta con que el operador

introduzca el t ipo de material, su espesor y la calidaddeseada en el corte. Un sistema cinemtico muy avanzado

gestiona el camino optimo de corte calculado por los

modelos matemticos.

La conicidad queda virtualmente eliminada; incluso a altavelocidad se pueden conseguir esquinas y arcos perfectos.


El corte comparativo de piezas idnticas muestra cmo, con

la tecnologa de corte dinmico, la tolerancia y conicidad delas piezas es inmensamente menor, siendo los tiempos de


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p , p

ciclo idnticos. Si, por el contrario, se mantiene una

tolerancia y calidad equivalente, el corte dinmico reduce

drsticamente el tiempo de ciclo. Velocidad y precisin al

mismo tiempo: ahora es posible conseguir ambas paracualquier figura en cualquier material y espesor.

El otro aspecto importante de futuro es lapresin de corte,

en tanto y en cuanto, la mayor energa disponible para el

corte contribuir al aumento en la velocidad del mismo.


Hoy en da ya estn disponibles equipos que operan a 5.000

bar, y en poco tiempo se dispondr de equipos queproporcionarn de manera continuada y con cierta confianza


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p p y

6.000 bar.

Por tanto, la energa va ser muchsimo mayor y se podrn

cortar bien materiales de espesor mucho mayor, o bienmateriales con muchsimo menos aporte de abrasivo que, en

definit iva, es lo que dificulta esta tecnologa o la hace

costosa.


Actualmente, a 6000 bar se pueden cortar planchas finas de

metal sin abrasivo con slo la energa desarrollada por elagua.


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g

Estas son las dos facetas que realmente marcan el futuro

inmediato de la tecnologa de corte de agua y las que, de

alguna manera, abren una competencia directa con losmtodos tradicionales trmicos como pueden ser el lser, el

plasma de alta definicin, el oxicorte e incluso, en el rea de

precisin, con la electro-erosin por hi lo.


Caractersticas ms destacadas y diferenciadoras

- Al no ser un mtodo de tipo trmico no produce

deformaciones no altera las propiedades del material y por


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deformaciones, no altera las propiedades del material y por

tanto no necesita operaciones de acabado posterior, por lo

que a un relativo bajo coste se obtiene una buena calidad de

acabado.

- Puede cortar todo tipo de materiales y espesores

(flexibilidad del proceso).

- El aprovechamiento de material y la productividad que

ocasiona.

- No es contaminante: respetuoso con el medio ambiente.

- Ampl ia capacidad de desarrollo futuro

MECANIZADO POR CHORRO DE ABRASIVOS (AJM)

El mecanizado por chorro abrasivo (AJM Abrasive Jet

Machining) es una operacin de acabado en la que se eliminamaterial merced a la accin abrasiva de un chorro de gas


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(aire, nitrgeno anhdrico carbnico) cargado de partculas

depolvo abrasivo fino(carburo de Si, xido de Al, vidr io).

El proceso consiste en apuntarun chorro de alta velocidaddel gas elegido con partculas abrasivas a la superficie de la

pieza. El choque genera una fuerza concentrada apta para

cortar erosionar materiales metlicos y no metlicos, para

desbarbar o eliminar esquirlas, o para limpiar una pieza con

superficie irregular.



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Se trata de un proceso manual en el que la velocidad del

chorro es del orden de 300 m/s. Permite desbarbar, pulir,atacar, gramilar, ranurar, estriar, y tallar formas abrir

ifi i S j lt d d t i l


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orificios. Su mejor resultado se da con materiales

trmicamente sensibles, frgiles, delgados duros.

El mtodo de maquinado con chorro abrasivo tiende a

redondear las aristas agudas en esquinas. Otra desventajaque presenta es el r iesgo causado por las partculas

abrasivassuspendidasen el aire.

Por este procedimiento se graba el nmero de matrcula en

los cristales de los automviles para evitar su robo y

posterior manipulacin. Tambin se utiliza en la industriaelectrnica para tallar semiconductores.


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MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)

El proceso de mecanizado porflujo de pasta abrasivaes la

solucin ideal para la l impieza de los canales de flujoestrechos e inaccesibles de las herramientas. Antes, esta

excelente calidad superficial era inalcanzable


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excelente calidad superficial era inalcanzable.

Es frecuente que se pidan acabados superficiales de Ra 0,1

m. Estos acabados se logran con una mnima eliminacin

de restos, porque la viscosidad de la pasta, unpolmeroquecontiene unasuspensinde partculas abrasivas, se adapta a

las fuerzas de corte efectivas.

El material se elimina en la direccin de flujo del material de

la pieza de trabajo, lo que permite que se ajusten los

parmetros del proceso de forma ptima para el proceso deextrusin.


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Propiedades de la pasta

Vida til la pasta sirve de matriz para la suspensinhomognea de las partculas abrasivas


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homognea de las partculas abrasivas.

Calidad de pulido constante la eliminacin de restos se

puede controlar combinando la presin, la velocidad del flujoy el volumen del flujo.

Posibilidades en aplicaciones universales se handesarrollado ms de 200 frmulas de pastas para procesar

diversos materiales de trabajo y lograr un acondicionamientopreciso de la superficie y los bordes.


Los abrasivos de las pastas AFM suelen

ser el carburo de silicio y abrasivos dediamante.

Los tamaos de las partculas van de las


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Los tamaos de las partculas van de las

5 a las 4 000 micras (malla 1 000 a 8).

El AFM mejora lassuperficies y los bordes

creados por diversos

mtodos de fabricacin,

incluidas las superficies

sometidas a EDM,

fundicin, forjado,

taladrado, fresado

y torneado.


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182Aplicaciones del AFM



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El proceso AFM no solo es adecu

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