procesos de rectificado, lapeado y bruñido

ESMERILADO

Jonathan Alberto Reano Mendoza Cod: 702 072 362

Y otros procesos abrasivos

MECANIZADO ABRASIVOEl mecanizado abrasivo es una operación

básica de arranque de viruta.• Es una de la más antigua de las operaciones

de mecanizado básicas.• Los resultados alcanzables por mecanización

abrasiva van desde:

1. superficies mas finas y lisas2. Superficies ásperas y bastas.

MECANIZADO ABRASIVOEntre los procesos de Máquinado abrasivo

tenemos:

ESMERILADOEsmerilado es un proceso de remoción de material en el cual las partículas abrasivas están contenidas en una rueda de esmeril aglutinado que opera a velocidades periféricas muy altas.Por lo general la rueda de esmeril tiene en forma de disco, balanceada con toda precisión para soportar altas velocidades de rotación. La rueda giratoria del esmeril consiste en varios dientes cortantes (partículas abrasivas) y la pieza de trabajo avanza hacia la rueda para lograr la remoción de material.

PROCESO DE ARRANQUE DE VIRUTA




HERRAMIENTA DE CORTELa rueda de esmeril consiste en partículas abrasivas y

material aglutinante . Los materiales aglutinantes mantienen las partículas en su lugar y establecen la forma y la estructura de la rueda. Estos dos ingredientes y la forma en la que se fabrican determinan cinco parámetros básicos:

1. Material abrasivo2. Tamaño de grano3. Material aglutinante4. Dureza de la rueda5. Estructura de la rueda

Material abrasivoLos diferentes materiales abrasivos se adecuan para esmerilar diferentes materiales de trabajo. Las propiedades de un material abrasivo paras las ruedas de esmeril alta dureza, resistencia al desgaste, tenacidad y fragilidad. En la actualidad los abrasivos de mayor importancia son:

• Óxido de aluminio (AL2O3)• Carburo de silicio (SiC)

Súper abrasivos• Nitruro de Boro cubico (CNB)• Diamante

Material abrasivo

Material abrasivo

Material abrasivo

Tamaño de granoEl tamaño de grano nominal se obtiene por el número de mallas de la criba por pulgada (mesh).

Tamaño de granoLos granos se clasifican mediante cribas normalizadas en distintas categorías de tamaño.

Tamaño de grano

Tamaño de granoEl tamaño de grano de partículas abrasivas es un parámetro muy importante para la determinación del acabado superficial y la velocidad de remoción de material.

Material aglutinanteLos materiales aglutinantes sujetan a los granos abrasivos y establecen su forma e integridad estructural de la rueda de esmeril. Los materiales aglutinantes comunes usados en las ruedas de esmeril incluyen los siguientes:

1. Aglutinantes verificados.2. Aglutinante de silicato.3. Aglutinante de hule.4. Aglutinante de resina.5. Aglutinante de laca.6. Aglutinante metálico.

Material aglutinante

Dureza de la ruedaIndica la resistencia del aglutinante de la rueda de esmeril para retener los granos abrasivos durante el corte.La dureza de los granos de la muela se expresa de la siguiente manera:

Estructura de la ruedaLa estructura de la rueda se refiere al esparcimiento relativos entre los granos abrasivos. Además de los granos abrasivos y el material aglutinante, las ruedas de esmeril contienen huecos o poros.

1. Abrasivos (32% hasta 54%)

2. Aglomerante (2% hasta 20%)

3. Poros (15% hasta 55%)

Estructura de la ruedaLa estructura de la rueda abrasiva se indica a través de un número y define la distancia de los granos abrasivos entre si dentro de un cuerpo abrasivo.

Tabla de estructura

Especificación de las ruedasLa especificación de ruedas de esmeril definido por la American National Standards Institute (ANSI) .

Especificación de las ruedasLa norma ANSI para las ruedas de esmerilado de diamante y de Nitruro de boro cubico es ligeramente diferente que la de las ruedas convencionales

Geometría de las ruedas

Existen muchos tipos de muelas abrasivas destinadas a cumplir una función en el proceso de mecanizado de una pieza mecánica.

Para identificar que muela debe usarse hay que tener en cuenta tres factores importantes:

1. Forma2. Tamaño3. Operación a realizar

Forma de las ruedasA continuación se ilustran las formas de las ruedas o herramientas abrasivas según la ISO 525:

Forma de las ruedas

Forma de las ruedas

Forma de las ruedas

Forma de las ruedas

Forma de las ruedas

Forma de las ruedas

Forma de las ruedas

Forma de las ruedas

Forma de las ruedas

Selección de las ruedasEn diversos materiales se pueden encontrar recomendaciones especiales para escoger las ruedas y los parámetros del proceso adecuado para los metales.

Operaciones de esmeriladoEsmerilado de superficies planas

Operaciones de esmerilado

Esmerilado cilíndrico externo

Operaciones de esmeriladoEsmerilado cilíndrico interno

Operaciones de esmeriladoEsmerilado cilíndrico interno


Esmerilado sin centros


Esmerilado interno sin centros


Esmerilado sin puntos

Otras operaciones de esmerilado

El afilado de herramientas


Esmeriles de discos


Esmerilado de bandas abrasivas

Análisis del proceso de esmerilado

Espesor de viruta (h)


Espesor de viruta (h)Esmerilado cilíndrico exterior

Donde: h´max = espesor de viruta arrancada. vap = Velocidad de la pieza. p = profundidad de corte. λ = distancia entre granos abrasivos. rm = Radio de la muela. rp = Radio de la pieza. v = Velocidad de la muela.




Espesor de viruta (h)Esmerilado cilíndrico interior

Donde: h´max = espesor de viruta arrancada. vap = Velocidad de la pieza. p = profundidad de corte. λ = distancia entre granos abrasivos. rm = Radio de la muela. rp = Radio de la pieza. v = Velocidad de la muela.




Espesor de viruta (h)Esmerilado de superficies planas

Donde: h´max = espesor de viruta arrancada. vap = Velocidad de la pieza. p = profundidad de corte. λ = distancia entre granos abrasivos. rm = Radio de la muela. v = Velocidad de la muela.


Distancia entre granos λ


Distancia entre granos λ


Velocidad de corte

Donde: Vc = velocidad de la muela (m/s). ns = velocidad de giro de la muela abrasiva (rpm) ds = diámetro de la muela (mm)


Velocidad de la pieza de trabajo

Donde: Vw = velocidad de la pieza de trabajo (m/s). ns = velocidad de giro de la pieza de trabajo (rpm) ds = Diámetro de la pieza de trabajo (mm)

1. Esmerilado cilíndrico



Donde: Vw = velocidad de la pieza de trabajo (m/s). Vt = velocidad de avance de la mesa (rpm).

2. Esmerilado plano



Donde: Vw = velocidad de la pieza de trabajo (m/s). Vt = velocidad de avance de la mesa (rpm).

2. Esmerilado plano

Depende del material y de la operación que se realiza, este valor oscila.


Profundidad de pasada

Profundidad de pasada


Tasa de arranque de viruta

Donde:

Qw = Tasa de arranque de viruta por unidad de tiempo [mm3/s]ae = Ataque de trabajo (aproximación) [mm]ap = Ancho de ataque de la muela abrasiva [mm]Vft = Velocidad de avance tangencial [mm/s]


Relación de velocidad

Donde:

qs = Relación de velocidad Vc = Velocidad de corte [m/s] Vw = Velocidad de la pieza de trabajo [m/min].


Volumen de arranque de viruta1. Esmerilado cilíndrico exterior

Donde:

Vw = Volumen de arranque de viruta [mm3]dw1 = Diámetro inicial de la pieza de trabajo [mm]dw2 = Diámetro final de la pieza de trabajo [mm] lw = Longitud de mecanizado en la pieza de trabajo [mm]


Volumen de arranque de viruta2. Esmerilado plano longitudinal

Donde:

Vw = Volumen de arranque de viruta [mm3] bw = Ancho de la pieza de trabajo [mm] Zw = Medida sobrante para rectificado [mm] lw = Longitud de mecanizado en la pieza de trabajo [mm].


Volumen de arranque de viruta3. Esmerilado plano transversal

Donde:

Vw = Volumen de arranque de viruta [mm3] bs = Ancho de la pieza de trabajo [mm] Zw = Medida sobrante para rectificado [mm] lw = Longitud de mecanizado en la pieza de trabajo [mm].


Relación de esmerilado G

Donde:

G = Relación de esmeriladoVW = Volumen de material desprendido [mm3] VS =Volumen de muela consumido [mm3].


Relación de esmerilado G


Longitud de contacto geométrica

Donde:

lg = Longitud de contacto geométrica [mm]Dse = Diámetro de la muela abrasiva equivalente [mm]ae = Ataque de trabajo (profundidad) [mm]Rz = Profundidad de rugosidad media [mm].


Fuerza de corte especifica

Donde:

Kcm = Fuerza de corte específica media [N/mm2] kc1.1 = Valor principal de la fuerza de corte específica [N/mm2] hm = Espesor de corte de la viruta medio [mm] m= Pendiente (específica del material) KSch = Factor de corrección para influencia del tamaño de grano.


Fuerza de corte principal media por filo

Donde:

Fcmz = Fuerza de corte media por filo [N]b = Ancho de corte de la viruta = ancho de rectificado eficaz ap [mm]hm = Espesor de corte de la viruta medio [mm] Kcm = Fuerza de corte específica media [N/mm2].

Análisis del proceso de esmeriladoÁngulo de ataque1. Esmerilado cilíndrico

Donde:

Δϕ = Ángulo de ataque [°]ae = Ataque de trabajo (profundidad (p)) [mm]dm = Diámetro de la muela [mm] dp= Diámetro de la pieza [mm].

Análisis del proceso de esmeriladoÁngulo de ataque1. Esmerilado plano

Donde:

Δϕ = Ángulo de ataque [°]ae = Ataque de trabajo (profundidad (p)) [mm]dm = Diámetro de la muela [mm]


Cantidad de filos de ataque

Donde:

Zie = Cantidad de filos en ataque dm = Diámetro de la muela abrasiva [mm] Δφ = Ángulo de ataque [°] λ = Distancia entre granos efectiva [mm].


Fuerza de corte total media

Donde:

Fcm = Fuerza de corte total media [N] Fcmz = Fuerza de corte media por filo [N] Zie = Cantidad de filos en ataque.


Potencia de corte Potencia de avance

Donde:

Pc = Potencia de corte [kW] Fcm = Fuerza de corte media [N] Vc = Velocidad de corte [m/s].

Donde:

Pa = Potencia de avance [kW] Fa = Fuerza de avance [N] Vp = Velocidad de la pieza [m/s].

El aumento de temperatura durante el rectificado puede afectar en forma adversa las propiedades de la superficie y causar esfuerzos residuales en la pieza. Los gradientes de temperatura producen distorsiones por diferencias de dilatación y contracción, y cuando el calor del rectificado se transfiere a la pieza se hace dificultoso controlar la exactitud dimensional del acabado.


Temperatura en el esmerilado

Aunque el esmerilado y otros procesos de eliminación abrasivos se pueden efectuar en seco, es importante usar un fluido. Evita el aumento de la temperatura en la pieza y mejora el acabado superficial y exactitud dimensional. También mejora la eficiencia de la operación porque reduce el desgaste y la carga en la piedra y bajan el consumo de potencia.

Análisis del proceso de esmeriladoFluido en el esmerilado

Las vibraciones durante el proceso del rectificado pueden dar lugar a efectos indeseados en lo que hace a la terminación de la pieza, ya que produce marcas indeseadas e irregularidades en la superficie y desgaste de componentes de la máquina. Las variables importantes en el estudio de las vibraciones son:

1. La rigidez de la máquina herramienta2. La rigidez de los soportes 3. Los sujetadores de la pieza, y el amortiguamiento4. La falta de uniformidad de la piedra5. El desgaste disparejo de la misma y las técnicas de

afilado que se empleen.

Análisis del proceso de esmeriladoVibraciones en el esmerilado

Las ruedas de esmeril se desgastan como cualquier herramienta de corte convencional. Se reconocen tres mecanismos como las causas principales de desgaste en las ruedas de esmeril:

1) Fractura de los granos,2) Desgaste por rozamiento3) Fractura del aglutinante.

DESGASTE DE LAS RUEDAS

DESGASTE DE LAS RUEDAS

El volumen de desgaste de muela abrasiva Vs se calcula como sigue:

Cálculo del desgaste de las ruedas

Donde: Vs = Volumen de desgaste de la muela [mm3] Vsr = Volumen de desgaste radial [mm3] Vw = Volumen de desgaste de aristas [mm3].

ds = Diámetro de la muela abrasiva [mm]Asr = Superficie de desgaste radial [mm2] Ask = Superficie de desgaste de aristas [mm2]

Acondicionamiento de las herramientas


Herramientas de reavivado fijas


Magnitudes de ajuste para herramientas reavivado fijas


Aproximación de reavivado aed


Velocidad de avance de reavivado axial

Donde: Vfad = Velocidad de avance de reavivado axial [mm/min] fad = Avance axial del eje [mm] nsd = Velocidad de giro de la muela abrasiva en el reavivado [r.p.m.]


Ancho activo de la herramientas reavivado

Acondicionamiento de las herramientasEmpleo de herramientas de reavivado monogranulares

Acondicionamiento de las herramientasEmpleo de herramientas de reavivado monogranulares

El aderezado se hace para restablecer la acción de corte de la rueda fracturando y arrancando los granos los granos achatados para exponer filos frescos de corte o expulsar el material embebido.

Aderezado y enderezado de las ruedas

El enderezado por trituración es un método de enderezar y aderezar una rueda de esmerilado por medio de un rodillo puro, algunas veces impregnado con diamante, que se oprime contra la rueda de esmeril que gira lentamente.

Máquinas de esmeriladoEsmeriladora para superficies cilíndricas universal

Máquinas de esmeriladoEsmeriladora para superficies cilíndricas universal

Descripción de las partes de la máquina:

1. Base2. Mesa3. Cabezal de la rueda4. Unidad del cabezal5. Base para contrapunto6. Soporte fijo central7. Soporte fijo8. Cabezal para el rectificado interno9. Volante transversal de la mesa10. Manivela de avance transversal

Máquinas de esmeriladoEsmeriladora tangencial

Máquinas de esmeriladoEsmeriladora tangencial


1. Muela2. Bancada3. Montaje donde se desliza verticalmente el cabezal del

portamuelas4. Cabezal del portamuelas5. Carro transversal6. Soporte fijo central7. Mesa de movimiento longitudinal

Máquinas de esmerilado

Esmeriladora superficies planas

Máquinas de esmeriladoEsmeriladora superficies planas


1. Volante de grados de inclinación en el cabezal

2. Volante de desplazamiento vertical3. Muela 4. Mandril magnético5. Topes6. Volante de desplazamiento longitudinal7. Pomo de mango embragador8. Volante de avance transversal9. Interruptor del refrigerante10. Interruptor motor de mesa11. Interruptor del motor de la muela

Aspectos económicos del esmerilado

Factores de costoLos costos principales de una operación de esmerilado son el costo del tiempo, para la mano de obra e indirectos, el costo de la rueda, para el abrasivo usado. Los cuales estos depende de:

1. La rueda de esmerilado y su selección

2. El equipo y su operación (incluyendo otros factores como velocidad de la rueda, velocidad de trabajo, alimentación, profundidad de corte, fluido de corte y aderezado de la rueda).

3. La pieza de trabajo y su material.

Aspectos económicos del esmeriladoFactores de costo


Factores de costoLa relación de volumen G disminuye conforme la cantidad de material por remover Y aumenta y para muchos materiales puede aproximarse por la relación empírica:

Para la operación mostrada en la figura 33, se encontró que el exponente n es 4.4, y C0 = 8.83*108 para Y en cm3/min y 4*103 para in3/min. Pueden esperance que los factores sean diferentes para cualquier otra operación. El costo unitario por unidad de volumen es:


Factores de costoEsto ocurre cuando el costo de la maquina se iguala a n veces el costo del abrasivo expresado como:

Grado de la rueda

Estándar de producción, Y1

(Mg/h (ton/h))

Relación de volumen, G1

(Mg/cm3(ton/in3))

Costo de máquina, RH/Y1

($/Mg($/ton))

Costo de rueda, A/G1

($/Mg($/ton))

Costo total Cu

($/Mg($/ton))

Y 0.1818(0.200)

0.00044(0.008)

60.51(55.00)

38.18(34.38)

98.69(89.38)

Z 0.2291(0.252)

0.00035(0.00635)

48.01(43.65)

48.00(43.31)

96.01(86.96)

Los ensayos de dos ruedas mostraron los siguientes resultados:

Costo de operaciones en el esmerilado

Aspectos económicos del esmeriladoFactores de costo

Aumento del costo del maquinado y acabado en función del acabado superficial

Cuidados especiales de las ruedasVerificación y almacenamiento de las ruedas

Antes de enviar las muelas se prueban conforme a las normas VGB 49 (Standards Alemanes de seguridad) y las EN 12413 o en 12236.Se comprueban los siguientes puntos:

1. Fallos de producción2. Precisión de medida, forma y posicionamiento

(forma geométrica)3. Dureza4. Equilibrio5. Test de resistencia centrífuga.

Cuidados especiales de las ruedas

Recibimiento de las ruedasDebido a que las muelas se pueden romper, deben ser manejadas y almacenadas con cuidado.

1. Evitar caídas y golpes en las muelas2. No rodar las muelas3. Evitar los saltos durante el transporte.4. Almacenar las muelas en sitios secos y no

helados.5. No exponer las muelas a cambios de

temperaturas amplios.

MONTAJE DE LAS RUEDASMontaje de las ruedas

MONTAJE DE LAS RUEDASEquilibrado de las ruedas

Seguridad en el proceso de esmerilado

Algunas cosas básicas a tener en cuenta son:

1. Apegarse a los procedimientos, avisos e instrucciones impresos en las etiquetas de las piedras.2. Montar las piedras en los ejes correctos para que no estén ni forzadas ni flojas.3. Las piedras deben estar balanceadas.4. Deben protegerse de los extremos en el ambiente (alta temperatura o humedad)5. Las piedras abrasivas se deben usar de acuerdo con sus especificaciones y velocidades máximas de operación.6. Se deberán seguir las indicaciones del fabricante de muelas para la utilización y montaje de estas.

Seguridad en el proceso de esmerilado Algunas cosas básicas a tener en cuenta son:

7. La seguridad el operador es primordial y debe equiparse con los

siguientes implementos:

• Botas de seguridad con puntera reforzada.

• Gafas de protección para evitar proyecciones sobre el operario de

material mecanizado y líquido refrigerante.

• Guantes de protección para la manipulación de piezas metálicas que

puedan producir cortes.

Solución de problemas en el esmerilado

Solución de problemas en el esmerilado

Otros procesos abrasivos

Lapeado El lapeado es un proceso de abrasión que deja rayas finas arregladas al azar. Su propósito es mejorar la calidad de la superficie reduciendo rugosidad, ondulación y defectos para producir superficies exactas lo mismo que lisas.

Máquinas Lapeadoras

Otros procesos abrasivosBruñido

Otros procesos abrasivosBruñido1. Efecto del lubricante



Otros procesos abrasivosMáquinado ultrasónico

El esmerilado de impacto ultrasónico es un medio de cortar formas de todas las clases en materiales duros de todas las clases por aplicación potente y rápida de partículas finas abrasivas en un lodo entre la herramienta y la pieza de trabajo. En la figura 40 se muestran los elementos de la operación. La herramienta es una forma de la imagen que se va a cortar, la cual puede ser un agujero casi de cualquier forma, una cavidad o una figura de relieve.

Otros procesos abrasivosPulidoEl pulido se hace para dar un acabado fino en superficies y con frecuencia implica remoción apreciable de metal para eliminar ralladuras, marcas de herramientas, picaduras y otros defectos de superficies burdas. Por lo general no es tan importante la exactitud dimensional y la forma de la superficie acabada, pero algunas veces pueden mantenerse tolerancias de 25 µm (0.001 in) o menos en el pulido a máquina.AbrillantadoEl abrillantado da un alto lustre a una superficie. Su objetivo no es eliminar mucho metal y generalmente sigue al pulido. El trabajo se oprime contra ruedas de tela, fieltro o bandas en las cuales se esparce de tiempo en tiempo abrasivo fino en un ligador lubricante.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN

Referencias

• Fundamentos de manufactura moderna. Mikell p. Groover. Parte VI, capítulo 26.• Alrededor de las máquinas – herramientas. Gerling. Editorial reverté S.A.• Procedimientos de fabricación y control - 6ª Ed. Jose O. Avila Monteso• Materiales Y Procesos De Fabricación - 2ª Ed. De Garmo, E. Paul• Manufactura, Ingeniería, y Tecnología Kalpakjian• Procesos de Manufactura John A Schey • Herramientas, Maquinas, Trabajo escrito por Walter Bartsch•http://www.itq.edu.mx/academicos/licenciatura/carreras/ii/sitio%20industrial/manules/rectificador%20para%20superficies%20cilindricas%20universal.pdf

•http://www.iesunibhi.com/ikasleak/FileStorage/view/alumnos/M%C3%A1quina-Herramienta.pdf

•http://pdf.directindustry.es/pdf/swaty/catalogo/33472-22237-_11.html

• Manual de mecanizado con arranque de viruta GARANT

http://www.itq.edu.mx/academicos/licenciatura/carreras/ii/sitio%20industrial/manules/rectificador%20para%20superficies%20cilindricas%20universal.pdf



http://www.iesunibhi.com/ikasleak/FileStorage/view/alumnos/M%C3%A1quina-Herramienta.pdf

http://www.iesunibhi.com/ikasleak/FileStorage/view/alumnos/M%C3%A1quina-Herramienta.pdf

http://pdf.directindustry.es/pdf/swaty/catalogo/33472-22237-_11.html

http://pdf.directindustry.es/pdf/swaty/catalogo/33472-22237-_11.html

Documents

procesos de rectificado, lapeado y bruñido