¿Cómo funcionan las Rectificadoras?

on: 22 de diciembre de 2012En: Máquinas11 Comentarios

El mecanizado de piezas por abrasión es uno de los tres procesos que eliminan material de una

pieza a fin de darle forma y modelarla de acuerdo a su aplicación posterior. Se diferencia de los

otros procesos de mecanizado porque la remoción de material es relativamente pequeña, por lo

que se trata más bien de un proceso de acabado de piezas y la herramienta que se emplea para

ello es una muela abrasiva, constituida por granos de cuarzo, carburo de silicio, carborundum o

corindón y un aglutinante.

En nuestro artículo sobre la máquina de lapidar mencionamos que el mecanizado de piezas por

abrasión comprende, a su vez, diversas técnicas, una de las cuales es el rectificado. Básicamente,

el rectificado es una operación realizada en piezas que requieren medidas y tolerancias

exigentes, ya sea dimensionales (diametral, longitudinal o angular), geométricas (concentricidad,

paralelismo, perpendicularidad, etc.) o de acabado superficial (rugosidad, dirección del rayado,

etc.). Las máquinas empleadas en el rectificado se conocen como rectificadoras y puesto que

existen varios tipos distintos de rectificado la industria también cuenta con la correspondiente

multiplicidad de rectificadoras. En este artículo vamos a citar únicamente los tipos principales.

1) Rectificadoras planas o de superficie

Estas máquinas son las que presentan el manejo más sencillo, ya que constan solamente de un

carro longitudinal que otorga el movimiento de translación a la pieza y la muela, que imprime el

movimiento de rotación. Se distinguen dos subtipos según la posición de la muela:

a) Rectificadoras frontales: la muela gira sobre un husillo vertical, trabaja plana contra la pieza y se

desplaza con un movimiento rectilíneo. Se utilizan generalmente para la eliminación rápida del

material, aunque algunas máquinas pueden lograr una elevada precisión.

b) Rectificadoras tangenciales: la muela gira sobre un husillo horizontal, trabaja de canto sobre la

pieza y se desplaza con un movimiento circular y pendular. Se utilizan para trabajos de alta

precisión en superficies planas sencillas, superficies abocinadas o inclinadas, ranuras, superficies

planas próximas a hombros, superficies

empotradas y perfiles.

Rectificadoras-tagencial-y-frontal

Como lo implica su nombre, estas

rectificadoras se emplean para piezas

planas, generalmente mecanizadas en

otras máquinas del taller, como tornos,

fresadoras y limadoras. Las piezas fijan a la

mesa mediante una placa de sujeción

magnética y se pueden mover manual o

mecánicamente bajo la muela abrasiva. La

máquina está provista de una bomba

interna y una red de tubos para la

aplicación y recirculación automática de

un líquido refrigerante para la pieza y la muela. La figura de abajo esquematiza las partes

principales de una rectificadora tangencial.

Partes-rectificadora-plana-

tangencial

Las piezas mecanizadas con este

tipo de rectificadoras son, por

ejemplo, cojinetes, matrices, guías,

placas, aros o segmentos de pistón,

moldes, pines y perfiles para

utillajes. Las dimensiones de las

piezas pueden variar entre 40 cm y

6 metros de largo, y entre 70-80 cm

y 1 metro de largo, lo que da una

idea de las dimensiones y solidez de

las máquinas.

2) Rectificadoras cilíndricas

La rectificadora cilíndrica puede

funcionar de una variedad de

formas, sin embargo, la pieza debe tener un eje central de rotación. Esto incluye pero no se limita

a las formas tales como un cilindro, un cono, una elipse, una leva o un cigüeñal. También se

distinguen varios subtipos:

a) Rectificadoras cilíndricas externas: el rectificado se realiza en la superficie externa de una pieza

entre centros, los cuales permiten la rotación de la misma. A su vez, la muela también gira en la

misma dirección cuando entra en contacto con la pieza, tal como muestra la siguiente figura.

Rectificado-cilíndrico-externo

Donde: a) representa el movimiento de

rotación de la muela; b) representa el

movimiento de rotación la pieza; c)

representa el avance en profundidad que

determina el espesor de la viruta y d)

representa el avance lateral, ya sea de la

pieza (esquema 1) o de la muela (esquema

2).

b) Rectificadoras cilíndricas internas: el

rectificado se realiza en el interior de una

pieza. La muela abrasiva es siempre menor

que el ancho de la pieza. Un anillo metálico sostiene a la pieza, imprimiéndole el movimiento,

como indica la siguiente figura.

Rectificado-cilíndrico-interno

Donde: a) cabezal del husillo portapieza; b) anillo metálico de sujeción; c) pieza; d) muela; e)

husillo portamuela; y f) cabezal del husillo portamuela.

c) Rectificadoras sin centros: este tipo de máquinas rectifican piezas cilíndricas de dimensiones

pequeñas, como casquillos, bulones o pasadores. El mecanismo consta de dos muelas que giran

en el mismo sentido, entre medio de las cuales se coloca la pieza, sin sujeción (por eso el

mecanismo se denomina “sin centros”) que

gira en sentido opuesto al de las muelas,

impulsada por el movimiento de la muela

de arrastre, que está inclinada un cierto

ángulo de entre 1 y 5 grados, dependiendo

de la dureza del material a rectificar y del

diámetro de la pieza. La figura de abajo

muestra un esquema del proceso.

Rectificado-sin-centros

Donde: a) guía; b) muela; c) muela de

arrastre y se observa la pieza cilíndrica entre

ambas muelas.

3) Rectificadoras universales

Se trata de las máquinas que ofrecen mayor capacidad de trabajo, ya que mecanizan cuerpos

de revolución. Con estas máquinas de gran robustez y envergadura se logra el rectificado tanto

de exteriores como interiores de árboles de levas, cigüeñales, interiores de cilindros, conos,

camisas y muchas otras piezas.

El carro longitudinal de la máquina proporciona el movimiento de traslación a las piezas en

rotación a través de su avance y retorno automático provisto por un mecanismo hidráulico,

mientras las muelas reciben el movimiento de rotación, opuesto al de la pieza. La dureza o las

características de las piezas definen la

velocidad de rotación del eje por medio de

reguladores de velocidad. La figura de

abajo esquematiza las partes principales de

una rectificadora universal.

Partes-rectificadora-universal

4) Rectificadoras especiales

Para el rectificado de piezas con cierta

geometría mecánica o que contienen

orificios y que no pueden girar sobre sí mismas

se utilizan máquinas especiales, cuyo tamaño

es por lo general de pequeñas dimensiones y

envergadura, que reciben el nombre de

rectificadoras especiales. Poseen un husillo

vertical (a veces denominado husillo

planetario) cuya muela, además de girar,

realiza una traslación circular. Estas máquinas

se utilizan, por ejemplo, para rectificar una

infinidad de piezas, tales como, entre otros,

dientes de engranajes, perfiles, ruedas

dentadas, roscas, cilindros de laminación, guías de bancada, pastillas de freno, estrías, fresas

madre, rodamientos, radios, álabes de turbina y trenes de aterrizaje de aviones.

En lo que respecta a la principal herramienta de las rectificadoras, la muela, existe una variedad

de muelas de diversas formas y tamaño de grano, todas normalizadas por estándares

internacionales, cuyas características veremos en próximos artículos.

5) Rectificadoras con sistema de control CNC

Hoy en día, el avance tecnológico ha introducido en el mercado las rectificadoras con control

CNC para todos los tipos vistos más arriba, las cuales reúnen una serie de ventajas con respecto a

las convencionales, entre las que podemos mencionar:

• unificación de movimientos para el rectificado (superior, frontal e inferior) en una sola

máquina

• total automatización, con mínima intervención del operario

• mayores dimensiones de la máquina, lo que posibilita rectificar piezas de gran tamaño

• sistemas de sujeción magnética de la pieza

• disponibilidad de diversas formas de bancadas o mesas de trabajo

• mejoramiento de los tiempos y la precisión del rectificado

• incoporación de servomores para cada eje, lo que permite un posicionamiento más

preciso de la pieza

control automático del estado de las muelas

• posibilidad de programar coordenadas cartesianas y establecer la distancia exacta de

rectificado

• funcionamiento en un entorno cerrado, sin proyección externa de virutas, polvo o residuos

Rectificadoras-CNC

¿Cómo funcionan las Máquinas de Lapidar?

on: 25 de septiembre de 2012En: Máquinas2 Comentarios

En el artículo sobre bloques patrón mencionamos que dos de las caras paralelas de estas piezas,

llamadas caras de medida, presentan un finísimo acabado que les confieren las propiedades que

deben poseer para cumplir su función.

Ahora bien, ¿cómo se logra este acabado tan perfecto? Para este fin, se emplean una serie de

operaciones que forman parte

del mecanizado de piezas por abrasión.

Se destacan al menos cuatro técnicas

diferentes en el mecanizado por abrasión:

• Rectificado

• Bruñido

• Pulido

• Lapeado

La que se emplea para el acabado de las

caras de medida de los bloques patrón,

como así también para muchas otras

aplicaciones, es la técnica

de lapeado (también conocida como lapidado o lapidación).

Aunque parezca reciente, el lapeado es un proceso que se ha venido utilizando durante siglos. Los

primeros materiales lapeados fueron piedras que se tallaban en los pueblos antiguos con fines

religiosos y culturales. Más tarde, el arte de la joyería y las piedras preciosas dio un gran impulso

comercial a esta técnica.

Básicamente, el lapeado es un afinado de superficies mediante un polvo abrasivo de extrema

finura, por ejemplo, polvo de diamante, óxido de aluminio, óxido de cerio, carburo de boro,

carburo de silicio y otros. Este abrasivo se impregna en un taco de material blando (tela, cobre,

hierro fundido, acero, latón, madera u otro material más blando que el que se desea lapidar) que

recibe el nombre de disco o piedra de lapeado y que sólo sirve de soporte para el abrasivo.

El abrasivo se transporta entre el disco de lapeado y la pieza en un vehículo que puede ser agua,

grasa o aceite. Al frotar el disco impregnado en el abrasivo sobre la superficie de una pieza bajo

una cierta presión P, los gránulos del abrasivo arrancan pequeñas cantidades de viruta de dicha

superficie, tal como muestra la siguiente

figura.

proceso de lapidado

Como el abrasivo está impregnado en la

superficie del disco en movimiento, no se

desgasta porque permanece fijo. Esta

característica siempre está presente en

todo sistema en el que se frotan entre sí dos

materiales de distinta dureza en presencia

de un abrasivo: el más blando constituye el

pulidor y el más duro es el que resulta

pulido.

La magnitud de remoción de material en el

el proceso de lapeado generalmente oscila entre 0,003 y 0,03 mm, aunque a veces se alcanzan

de 0,08 a 0,1 mm. Se trata de un proceso sumamente lento que puede realizarse tanto a mano

como en máquinas especiales.

Por cierto, las máquinas lapeadoras no son el tipo de herramientas que encontraríamos en un

taller de bricolaje o en el garaje de un aficionado. Son artefactos muy costosos empleados a nivel

industrial en una amplia gama de aplicaciones, desde los mencionados bloques patrón hasta

piezas mecánicas, aeroespaciales, electrónicas, cerámicas, ópticas y otras.

Cómo funciona una máquina lapeadora

Basadas en el proceso de lapeado descrito, las máquinas que realizan esta función incorporan un

mecanismo genérico como el que indica la

siguiente figura.

funcionamiento-lapidadora

En las lapeadoras de superficies planas, las

piezas se introducen sin sujetar en un anillo

portapiezas y se mantienen contra el disco

de lapeado mediante cabezales flotantes.

Los portapiezas, que se desplazan a baja

velocidad, mueven las piezas siguiendo una

trayectoria irregular. Cuando hay que

producir dos superficies paralelas, pueden

emplearse dos discos, uno que gira debajo

de las piezas y otro encima, que es el

ejemplo que muestra la figura. Para

lapidar superficies redondas existen diversos

tipos de máquinas. Para piezas

cilíndricas pequeñas, tales como bulones

de émbolo y pistas de cojinetes de bolas, se

emplea una lapeadora especial sin puntos.

Partes de una máquina lapeadora

La figura de abajo muestra el esquema de una lapeadora para superficies planas. Sus partes

principales y la función que cumplen son las siguientes:

partes de maquina de lapidar

Mesa de trabajo: es sobre la que se asientan los

componentes rotatorios de la máquina, que mantiene

separados para mayor seguridad y facilidad de

limpieza.

Disco de lapeado: en este dispositivo, generalmente

de fundición, se impregna la mezcla de abrasivo +

vehículo. El disco gira sobre un eje, de modo que la

película abrasiva entra en contacto con la pieza.

Anillos portapieza: también están construidos en

fundición y es donde se coloca la pieza a lapidar. Las

máquinas lapidadoras suelen contener 3 o 4 de estos anillos.

Brazos móviles: desplazan fácilmente los anillos portapieza.

Depósitos: por lo general son dos: uno es el de alimentación y contiene la mezcla de abrasivo +

vehículo portador; el otro es el de vaciado y recibe esta mezcla ya utilizada durante el proceso.

Bomba y válvula dosificadora: la bomba asegura la composición homogénea de la mezcla

abrasivo + vehículo manteniéndola en constante agitación. La válvula dosificadora distribuye la

mezcla sobre el disco de lapeado, de modo de impregnarlo antes de iniciar el proceso.

Panel de control: dependiendo del modelo de lapeadora, puede ser analógico o provisto de un

controlador lógico programable (PLC). Además de la puesta en marcha y detención de la

máquina, el control analógico regula la velocidad, la duración de la dosificación, el intervalo

entre dosificaciones y la duración del ciclo. El PLC con pantalla TFT, no sólo regula estas funciones,

sino que también dispone de una base de datos para archivar históricos de producción y fijar

parámetros y condiciones capaces de garantizar la repetibilidad de las condiciones de trabajo.

Las ventajas del lapeado frente a los procedimientos mecánicos habituales son:

• Ausencia de tensión y deformación de la pieza de trabajo, ya que no está sujeta a garras

de fjación.

• Ausencia de distorsión térmica.

• Una única fase es suficiente para garantizar un acabado óptimo.

• Desbaste de la pieza lento, sin arranque brusco de material.

• Se puede trabajar con cualquier material compatible, independientemente de su

fragilidad. Sólo los materiales demasiado blandos no son aptos para el lapeado porque el

abrasivo tiende a incrustarse en ellos.

• Gran polivalencia y versatilidad en la mezcla abrasivo + vehículo frente a herramientas y

composites diferentes para cada tipo de material.

• Pueden lapearse materiales metálicos, no metálicos, magnéticos y no magnéticos.

Finalmente, ¿qué elementos podemos lapidar en una máquina lapeadora? Un sinnúmero de ellos:

componentes de transmisión automática, de hidráulica y neumáticos; cortadores-entalladores de

engranajes; asientos y cierres de válvulas; piezas de motores, para frenos de aire, de fundición de

aluminio, para quemadores de combustibles, de gasómetros y de compresores; instrumental

médico; tarjetas de circuitos impresos; lentes de contacto; cristales de cuarzo y muchos más,

cubriendo una amplia diversidad de aplicaciones.