Mecanizado con abrasivos

Transcripción

1 Mecanizado con abrasivos Profesor: Manuel Balboa E. Luis Zúñiga A. Modulo: Conformado y Mecanizado Avanzado de Piezas Especiales. Sección: Rectificado.

2 Objetivos Conocer los distintos tipos de mecanizado mediante abrasivos Analizar los criterios de aplicación y los parámetros del proceso

3 Indice 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

4 Generalidades 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)

5 Generalidades 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 (> 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/cm 2 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...

6 Herramientas 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 Al 2 O 3 ) 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

7 Herramientas abrasivas Abrasivos: Tamaño de grano Granos: Se identifica por nº de grano = nº de hilos/pulgada lineal del tamiz ( nº grano tamaño mejor acabado) d m = 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 24 b) Acabado y afilado, las de grano medio y fino. 70 a 100 c) Pulido: 150 a 240 d) 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

8 Herramientas abrasivas 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 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

9 Herramientas 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

10 Herramientas abrasivas Muelas: Recomendaciones

11 Herramientas abrasivas Muelas: formas Cada muela tiene una cara abrasiva apropiada

12 Herramientas abrasivas Muelas: formas

13 Herramientas abrasivas Muelas: Designación 400 x 60 x 40 ( A 46 K 8 V ) Anchura Abrasivo Dureza Aglomerante Diámetro muela Diámetro agujero Tamaño de grano Estructura

14 Herramientas abrasivas Muelas: Designación

15 Herramientas abrasivas Muelas: Designación

16 Herramientas 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 CCl 4 (bronce, Al), seco (fundición) Fijación sobre el husillo Fijación el husillo con casquillo y lengüeta en la brida Sujeción de la muela sobre útil Fijación por tornillo

17 Proceso 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: 6 m; longitud de viruta no deformada. 3mm Fuerzas: mucho menores por tratarse de dimensiones pequeñas

18 Proceso 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 desgaste G = 2 a 200

19 Proceso de rectificado Rangos de velocidades

20 Proceso de rectificado Rangos de avances y profundidad de pasada

21 Proceso de rectificado Tiempos de mecanizado Rect. Cilíndrico Rect. Plano Tangencial

22 Tipos de rectificado

23 Tipos 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

24 Tipos 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

25 Tipos de rectificado Rectificado cilíndrico exteriores/ interiores universal superficies regladas de revolución (diamantado de muela) eje muela recta o de disco, paralela a la mesa

26 Rectificado cilíndrico Tipos de rectificado trabajo en plongee / trabajo normal (salida muela) mecanizado entre puntos / al aire RECT. POR PENETRACION SUP. ANCHA RECTIFICADO PLONGÉE SALIDA MUELA RECT. INTERIOR RECT. CILINDRICO ENTRE PUNTOS RECT. CILINDRICO AL AIRE RECT. CONICO DE POCA INCLINACION RECT. CONO RECT. SUP. FRONTAL EMPLEO SALIDA MUELA

27 Tipos de rectificado Rectificado sin centros superficies cilíndricas exteriores gran productividad (ausencia de sujeción; apoyo en regletas de metal duro)

28 Tipos de rectificado Rectificados especiales

29 Mecanizado 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 ( a 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

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

31 Operaciones 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.

32 Operaciones 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

33 Operaciones 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

34 Operaciones 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 ( rpm)