modulo_conformado y mecanizado_avanzado de piezas especiales

Especialidad Mecánica Industrial
Mecanizado con abrasivos
Profesor: Manuel Balboa E.
Luis Zúñiga A.
Modulo: Conformado y Mecanizado
Avanzado de Piezas Especiales.
Sección: Rectificado.
2011
Especialidad Mecánica Industrial
Objetivos
 Conocer los distintos tipos de mecanizado mediante
abrasivos
 Analizar los criterios de aplicación y los parámetros del
proceso
2011
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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
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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)
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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 (> 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 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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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) 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 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
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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 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 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 abrasivas
 Muelas: Recomendaciones
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Herramientas abrasivas
 Muelas:  formas
 Cada muela tiene una cara abrasiva apropiada
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Herramientas abrasivas
 Muelas:  formas
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Herramientas abrasivas
 Muelas: Designación
400 x 60 x 40 ( A
Anchura
Diámetro
muela
Abrasivo
Diámetro
agujero
46
K
8
Dureza
Tamaño
de grano
V )
Aglomerante
Estructura
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Herramientas abrasivas
 Muelas: Designación
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Herramientas abrasivas
 Muelas: Designación
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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 CCl4 (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
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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
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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
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Proceso de rectificado
 Rangos de velocidades
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Proceso de rectificado
 Rangos de avances y profundidad de pasada
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Proceso de rectificado
 Tiempos de mecanizado
 Rect. Cilíndrico
 Rect. Plano Tangencial
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Tipos de rectificado
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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
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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
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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
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Tipos de rectificado
RECTIFICADO PLONGÉE
 Rectificado cilíndrico
 trabajo en plongee / trabajo normal (salida muela)
 mecanizado entre puntos / al aire
RECT. POR PENETRACION
SUP. ANCHA
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
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Tipos 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 rectificado
 Rectificados especiales
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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 (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 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
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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.
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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
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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
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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 (200-300 rpm)