Mecanizado Con Abrasivos Rectificado

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3 - 3 - 2004Ingeniería de Diseño y FabricaciónMec. Mec. AbrasivoAbrasivo

Mecanizado con abrasivosMecanizado con abrasivos

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ObjetivosObjetivos

Conocer los distintos tipos de mecanizado mediante abrasivos

Analizar los criterios de aplicación y los parámetros del proceso

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IndiceIndice

1. Generalidades

2. Herramientas abrasivas Características: formas, abrasivos, aglomerantes Codificación

3. El proceso de Rectificado Mecánica, desgaste, parámetros

4. Tipos de rectificado y rectificadoras

5. Mecanizado ultrasónico

6. Desbarbado

7. Operaciones de acabado

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GeneralidadesGeneralidades Mecanizado por acción cortante de cuerpos abrasivos

abrasivo: partícula dura, pequeña, no metálica, con aristas agudas y forma irregular. proporcionan un arranque de viruta muy pequeña. se emplean en formato

• libre: granos o polvo, arrastrados por un fluido (aire, aceite o petróleo)• encolados: granos adheridos (con un pegamento adecuado), sobre un soporte rígido o flexible (bandas)• aglomerados: mediante material aglutinante formando muelas abrasivas.

Criterios de aplicación económica Material pieza dureza o fragilidad tras tratamiento térmico. requisitos de acabado superficial y tolerancia dimensional. complemento de mecanizados previos (torneado y fresado) como operaciones de acabado (creces de material son décimas de mm). aplicación a gran variedad de geometrías según el proceso de rectificado. aplicación a afilado de herramientas de corte (HSS)

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GeneralidadesGeneralidades

Rectificadoras: Máquinas herramienta de alta precisión con unas características especiales Gran desproporción entre tamaño de pieza y la máquina para evitar totalmente las vibraciones. La muela gira a velocidades muy superiores (> 10.000 r.p.m ) Vc 30 m/s El avance de la pieza también es elevado (m/min) Esfuerzos de corte muy inferiores (en muchos casos no llegan a 1 kg/cm2

Órganos en movimiento resistir altas velocidades y no presiones de corte, reduciendo así todo lo posible los rozamientos para obtener mayor rendimiento de la máquina. transmisión por correas en vez de engranajes; cojinetes en vez de rodamientos; sujeción por puntos fijos...

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Herramientas abrasivasHerramientas abrasivas

Abrasivos: Material abrasivo Friabilidad: facilidad con que los granos de abrasivo se fracturan.

• base del autoafilamiento y mantenimiento de la abrasividad. Un grano más friable se fragmenta con mayor rapidez bajo las fuerzas de rectificado que uno con baja friabilidad. • forma del grano granos voluminosos son menos friables que los laminares• tamaño del grano granos pequeños (menor probabilidad de defectos) son menos friables

Naturales. corindón natural, diamante, cuarzo, esmeril Artificiales:

• Convencionales: corindón artificial (óxido de aluminio Al2O3) A: oscuros, blancos y monocristalinos para materiales tenaces (aceros, fund. maleable, hierro dulce)carburo de silicio (SiC) C: negros y verdes. Mayor friabilidad que los óxidos de aluminio (mayor tendencia a fracturarse y mantenerse afilados) para materiales quebradizos (metal duro, cerámica) y dúctiles y blandos (aluminio, latón)

• Superabrasivos: Nitruro de boro cúbico (CBN o borazón) B, diamante policristalino (PCD) D

El abrasivo de una muela será tanto más duro cuanto mayor sea la dureza del material a mecanizar

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Abrasivos: Tamaño de grano Granos: Se identifica por nº de grano = nº de hilos/pulgada lineal del tamiz (nº grano tamaño mejor acabado) dm = 25,4/30 = 0,846 mm es el diámetro medio de los granos de nº 30.

• Según esta definición el grano más pequeño corresponde al tamaño 240 aproximadamente. • Se elige de acuerdo con el acabado que se desee:

a) Desbaste, se usan muelas de grano basto y muy basto. 12 a 24b) Acabado y afilado, las de grano medio y fino. 70 a 100c) Pulido: 150 a 240d) Superacabado, lapeado y abrillantado, las de grano muy fino y superfino. 280 a 1200

Polvos: tamaño de las partículas entre 0,1 y 0,01 mm se clasifican por el tiempo empleado en sedimentarse según la ley de Stokes. El tamaño se define por los números de la serie: 280, 320, 400, 500, 600, 800, 1000 y el 1200 como el más fino, también por el tiempo que tarda en sedimentar.

El tamaño del grano debe disminuir conforme aumenta la dureza del material a trabajar

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Muelas: Tipos de aglomerante y dureza Tipos de aglomerante: Mantiene unidos los granos de abrasivo

• Vitrificados (cerámicos) V: El más usado en muelas artificiales (75%). Insensible al agua y al ácido de los aceites, lo que le permite trabajar refrigerando las muelas con cualquier clase de líquido. Insensible a los cambios de temperatura, resistentes, rígidas, porosas y se trabaja normalmente a velocidades periféricas de 20-50 m/s. Inconveniente: fragilidad y baja resistencia al choque mecánico y térmico.• Resinoides o resinas termofijas (orgánicos) B: más flexibles por tener menor módulo de elasticidad. Permiten mayores velocidades periféricas (>80 m/s) > rendimiento. Inconveniente: atacadas por soluciones alcalinas.• Hule: el más flexible discos de corte• Metálicos M: pulvimetalurgia para fijar capa de granos superabrasivos a ruedas metálicas.• Silicato S, goma laca E, goma R, poliimida...

Dureza: medida de la resistencia del aglutinante (capacidad de retención de los granos de abrasivo)• A (blanda) Z (dura)• muelas más blandas cuanto más duros son los metales a trabajar• Si se requiere precisión > grado para evitar continuos reglajes• Radios pequeños, ángulos cerrados, perfiles complejos > grado • > Vc equivale a > grado

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Herramientas abrasivasHerramientas abrasivas Muelas: estructura

Estructura: medida de la porosidad (distancia entre los granos abrasivos), útil para alojar virutas y refrigerante. Puede valorarse por la relación: Volumen total de abrasivo / Volumen total de muela El rendimiento de la muela es tanto mayor cuanto más abierta es la estructura.

• Abierta si existe peligro de sobrecalentamiento• Media 4 a 6 desbastes• Cerrada 0 a 3 acabados, precisión

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Herramientas abrasivasHerramientas abrasivas Muelas: Recomendaciones

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Muelas: formas Cada muela tiene una cara abrasiva apropiada

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Herramientas abrasivasHerramientas abrasivas Muelas: formas

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Herramientas abrasivasHerramientas abrasivas Muelas: Designación

Aglomerante

400 x 60 x 40 ( A 46 K 8 V )

Diámetromuela

EstructuraDiámetroagujero

Tamaño de grano

Anchura Abrasivo Dureza

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Herramientas abrasivasHerramientas abrasivas Muelas: Montaje

• Muela apropiada a la pieza• Prueba del sonido• No forzarla, no apretar demasiado, no juego• Equilibrado (evitar excentricidades)• Perfilado y afilado (recuperar perfil y abrir poros)• Refrigerantes (500ºC puntuales): taladrina (acero), trementina con CCl4 (bronce, Al), seco (fundición)

Fijación sobre el husillo Sujeción de la muela sobre útil

Fijación por tornillo

Fijación el husillo con casquillo y

lengüeta en la brida

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Proceso de rectificadoProceso de rectificado

Principios de mecanizado Diferencias:

• granos con formas irregulares y a distancias aleatorias en la periferia de la muela• ángulo de desprendimiento muy negativo (-60º) mucha mayor deformación en las virutas• posiciones radiales de los granos varían• velocidades de corte muy elevadas (30 m/s)• ejemplo: espesor de viruta no deformada: 6m; longitud de viruta no deformada. 3mm

Fuerzas:• mucho menores por tratarse de dimensiones pequeñas

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Proceso de rectificadoProceso de rectificado Principios de mecanizado

Energía disipada se desprende de:• formación de viruta• rayado o surcos en el material de pieza• fricción del grano a lo largo de la superficie por la cara de desgaste• valores de Energía específica mucho mayores • Potencia = Energía específica * prof pasada * anchura muela * vel. de avance pieza = Fc * Vc• F empuje = 1,30 Fc cuidar deformación pieza• Temperatura (1600ºC) refrigerante

prof. pasada, muela, Vc, Avance Temp.Chispas, revenido, quemado, agrietamiento térmico, esfuerzos residuales

Desgaste:• por rozamiento: granos desarrollan una cara de desgaste lisa por interacción física y química con pieza• fractura de grano• fractura de aglomerante• reafilado de muela• relación de rectificado G = volumen material eliminado

volumen desgasteG = 2 a 200

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Proceso de rectificadoProceso de rectificado Rangos de velocidades

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Proceso de rectificadoProceso de rectificado Rangos de avances y profundidad de pasada

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Proceso de rectificadoProceso de rectificado

Tiempos de mecanizado Rect. Cilíndrico

Rect. Plano Tangencial

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Tipos de rectificadoTipos de rectificado

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Tipos de rectificadoTipos de rectificado Rectificado plano frontal

superficies planas eje de muela perpendicular a la mesa gran productividad: diámetro muela > anchura pieza 1 pasada radial

• gran superficie de contacto entre muela y pieza rendimiento muelas de vaso para el rectificado de planos interrumpidos, y muelas de segmentos para superficies anchas y continuas (los espacios intermedios facilitan buena afluencia de líquido refrigerante y buena salida de virutas) inclinación del cabezal evitar rectificado en cruz (sup. rectificada es fácil que pueda resultar abombada) variantes: mesa oscilante; mesa giratoria ( productividad); cabezal oscilante

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Tipos de rectificadoTipos de rectificado Rectificado plano tangencial

superficies regladas de generatriz recta (diamantado de muela) eje de muela paralela a la mesa muela de disco o recta avance radial tiempo producción mayor precisión

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Tipos de rectificadoTipos de rectificado Rectificado cilíndrico exteriores/ interiores universal

superficies regladas de revolución (diamantado de muela) eje muela recta o de disco, paralela a la mesa

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Tipos de rectificadoTipos de rectificado Rectificado cilíndrico

trabajo en plongee / trabajo normal (salida muela) mecanizado entre puntos / al aire

RECT. CONICO DE POCA INCLINACION

RECT. CILINDRICO ENTRE PUNTOS

RECTIFICADO PLONGÉE

SALIDA MUELA RECT. INTERIOR

EMPLEO SALIDA MUELA

RECT. CONO

RECT. CILINDRICO AL AIRE

RECT. POR PENETRACION SUP. ANCHA

RECT. SUP. FRONTAL

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Tipos de rectificadoTipos de rectificado Rectificado sin centros

superficies cilíndricas exteriores gran productividad (ausencia de sujeción; apoyo en regletas de metal duro)

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Tipos de rectificadoTipos de rectificado Rectificados especiales

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Mecanizado ultrasónicoMecanizado ultrasónico Principio

granos abrasivos finos (100 a 1000) en un lodo con agua (20 a 60% en volumen) desportillan y erosionan la superficie al imprimirles una gran velocidad la punta de la hta (sonotrodo) que vibra a una frecuencia de 20 kHz y baja amplitud (0.0125 a 0.075 mm) los impactos provocan altos esfuerzos al tener un reducido tiempo de contacto (10 a 100 s) y en un área de contacto reducida. se adapta mejor a materiales duros y frágiles (cerámicas, carburos, piedras preciosas, aceros endurecidos) operaciones de reducido tamaño

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Operaciones de acabadoOperaciones de acabado

Honeado acabado superficial fino de orificios barritas con granos abrasivos sobre un mandril con movimiento giratorioy vaivén axial de baja amplitud, que produce un rayado cruzado

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Operaciones de acabadoOperaciones de acabado Superacabado

Aun cuando el rectificado permite obtener calidades superficiales muy buenas (hasta 1 milipulgada con muelas especiales), origina una delgada capa superficial en estado amorfo (capa de Beilby, de unas 5 m de espesor), como consecuencia de una serie de transformaciones y calentamientos que alteran su estructura cristalina. Con el superacabado se consigue eliminar por completo la capa Beilby, dejando al descubierto la estructura cristalina del metal sano, obteniéndose una superficie lo más perfecta posible en cuanto a dimensiones y calidad superficial bloques abrasivos, de granos superfinos, ejercen una débil presión sobre la pieza y se desplazan con un movimiento relativo complejo (movimiento rectilíneo alternativo, perpendicular a las estrías de rectificado, mientras que la pieza está animada de movimiento de rotación o rectilíneo) a muy baja velocidad (10-20 m/min), con abundante lubricación (mezcla de 80% de petróleo y 20% de aceite o simplemente agua), para evitar cualquier calentamiento de la superficie y eliminar las impurezas.

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Operaciones de acabadoOperaciones de acabado Lapeado

acabado de superficies planas o cilíndricas granos de tamaño 900 embebidos en la plancha de lapear o arrastrados por un lodo presiones de 7 a 140 kPa tolerancias dimensionales 0.4 m y rugosidad de 0.1 m

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Operaciones de acabadoOperaciones de acabado Pulido

acabado superficial liso y lustroso por remoción abrasiva a escala fina y extendido de capas superficiales por calentamiento por fricción apariencia brillante con discos o bandas de tela, cuero o fieltro recubiertos con polvo fino de alúmina o diamante

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Operaciones de acabadoOperaciones de acabado

Bruñido no se utilizan abrasivos ni materiales de corte se presiona la pieza mediante unos rodillos de acero de gran dureza, de forma que quede sin asperezas, con un característico acabado brillante. El bruñido propiamente dicho es realizado por el disco G, siendo los otros discos de apoyo que contrarrestan las fuerzas causadas por el disco G. Las velocidades de giro no son altas (200-300 rpm)

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