Mecanizados No Convencionales

Departamento de Ingenierí
Ingeniería Mecá
Mecánica
Tecnologí
Tecnología Mecá
Mecánica I
67.15
Unidad 12: Mecanizados no
convencionales
1
MECANIZADOS NO CONVENCIONALES
Los procesos de mecanizado tradicional vistos anteriormente
actú
actúan sobre el material por remoció
remoción de viruta, abrasió
abrasión o
micro virutas. Estos procesos no son adecuados para todo
tipo de situaciones. En general se recurre a los procesos no
tradicionales cuando:
• El material es muy duro, má
más de 400 HB.
• La pieza es demasiado flexible, delicada o difí
difícil de sujetar.
• La forma de la pieza es complicada.
• Se requieren tolerancias y acabados superficiales
especiales.
• Se quiere minimizar el efecto té
térmico sobre la pieza.
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MECANIZADOS NO CONVENCIONALES
Los diferentes procesos de mecanizado no tradicional no
involucran solamente herramientas de punto a punto o
multipunto, sino que involucran fuentes de energí
energía quí
química,
elé
eléctrica y de haces de alta potencia. Las propiedades
mecá
mecánicas del material no tienen ahora tanta importancia
como sus propiedades físicas, quí
químicas y elé
eléctricas.
La necesidad de encontrar nuevas formas de mecanizado,
reduciendo los costos involucrados, adecuá
adecuándose al
desarrollo de nuevos materiales sigue impulsando la
investigació
investigación en esta área, que ya ha creado mú
múltiples
sistemas que son cada vez má
más usados en la industria
moderna. Estos sistemas se han creado en interrelació
interrelación con
tecnologí
tecnologías de control computacional y robots, mejorando
continuamente la productividad.
3
MECANIZADOS NO CONVENCIONALES
4
ELECTROEROSION (EDM)
La electroerosió
electroerosión es un proceso de fabricació
fabricación no
tradicional, tambié
también conocido como Mecanizado por
Descarga Elé
Eléctrica (EDM), por su acró
acrónimo en inglé
inglés Electric
Discharge Machining.
Machining.
El proceso de electro erosió
erosión consiste en la generació
generación de
un arco elé
eléctrico entre una pieza y un electrodo en un medio
dielé
dieléctrico, para arrancar partí
partículas de la pieza hasta
conseguir reproducir en ella las formas del electrodo.
Ambos, pieza y electrodo, deben ser conductores, para que
pueda establecerse el arco elé
eléctrico que provoque el
arranque de material.
5
ELECTROEROSION (EDM)
Por má
más que en la comparació
comparación con los mé
métodos
tradicionales de arranque de viruta el EDM aparezca como un
“proceso de mecanizado no convencional”
convencional”, hace tiempo ya
que rompió
rompió con esa etiqueta. Su amplia introducció
introducción en los
talleres ha ido acompañ
acompañada de los grandes avances
experimentados en los últimos añ
años: velocidad de trabajo,
tamañ
tamaño de las piezas, ángulo de corte, costo, precisió
precisión,
trabajo desatendido, etc., representan los pilares
fundamentales en los que se sustenta el éxito de la
electroerosió
electroerosión, tanto de hilo como por penetració
penetración.
De hecho, actualmente representa el cuarto mé
método má
más
utilizado, sólo superado por el fresado, el torneado y el
rectificado.
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ELECTROEROSION (EDM)
7
ELECTROEROSION (EDM)
8
ELECTROEROSION (EDM)
9
ELECTROEROSION (EDM)
10
ELECTROEROSION (EDM)
El mecanizado por electroerosió
electroerosión es un proceso de corte no
convencional; es decir, no corta la pieza por mé
métodos
mecá
mecánicos sino por un efecto erosivo termoelé
termoeléctrico.
Básicamente, la eliminació
eliminación de material se realiza mediante
constantes y rá
rápidos pulsos elé
eléctricos, generados miles de
veces por segundo desde una fuente de potencia hasta un
electrodo, que forman gran cantidad de chispas a elevadas
temperaturas.
La electroerosió
electroerosión es la té
técnica utilizada por la industria para
poder mecanizar con gran precisió
precisión todo tipo de materiales
que sean conductores (metales, aleaciones, grafito,
cerá
cerámicas, etc.) independientemente de cual sea su dureza.
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ELECTROEROSION (EDM): PRINCIPIO FISICO
Al estar ambos electrodos en un medio dielé
dieléctrico o aislante
la tensió
tensión que se aplique a ambos ha de ser suficiente como
para llegar a crear un campo elé
eléctrico mayor que la rigidez
dielé
dieléctrica del lí
líquido.
12
ELECTROEROSION (EDM): PRINCIPIO FISICO
Bajo la acció
acción de este campo elé
eléctrico, iones libres positivos
y electrones se encontrará
encontrarán acelerados creando un canal de
descarga que se vuelve conductor, y es precisamente en este
punto donde salta la chispa. Ello provoca colisiones entre los
iones (+) y los electrones ((-). Se forma entonces un canal de
plasma.
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ELECTROEROSION (EDM): PRINCIPIO FISICO
Bajo el efecto de los choques se crean altas temperaturas en
ambos polos y alrededor del canal de plasma se forma una
bola de gas que empieza a crecer. Por otro lado las altas
temperaturas que se han dado en los dos polos, van
fundiendo y vaporizando parte del material de la pieza,
mientras que el electrodo apenas si se desgasta muy
ligeramente.
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ELECTROEROSION (EDM): PRINCIPIO FISICO
En esta situació
situación (bola de gas grande y material fundido en
ambos polos), se corta la corriente elé
eléctrica. El canal de
plasma se derrumba y la chispa desaparece. El lí
líquido
dielé
dieléctrico entonces rompe la bola de gas hacié
haciéndola
implosionar (explotar hacia adentro).
Ello hace que se creen fuerzas que hacen salir el material
fundido formando dos crá
cráteres en las superficies. El material
fundido se solidifica y es arrastrado en forma de bolas por el
líquido dielé
dieléctrico, constituyendo lo que se puede llamar
"viruta del proceso de electroerosió
electroerosión".
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ELECTROEROSION (EDM): MODELOS
Existen dos clases diferentes de procesos: electroerosió
electroerosión
por penetració
penetración (SEDM) y electroerosió
electroerosión de corte por hilo
(WEDM).
En la electroerosió
electroerosión por penetració
penetración se reproduce (copia) en
la pieza la forma de la herramienta utilizada (que se denomina
electrodo de forma), mientras que en el proceso de
electroerosió
electroerosión de corte por hilo, el cable o hilo conductor,
normalmente de lató
latón o molibdeno, se utiliza como electrodo
para cortar un perfil en el metal.
Cabe definir la facultad de copiado como la capacidad de
reproducció
reproducción de la forma de la cara del electrodo sobre la
cara de la pieza.
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ELECTROEROSION (EDM): MODELOS
En ambos casos, la corriente genera una diferencia de
potencial entre el electrodo y la pieza, normalmente entre 80
y 270 voltios, y del orden de 50 a 106 amperios/cm2.
El electrodo o hilo, controlado por un sistema de
servomotores, se acerca a la pieza a mecanizar, y las dos
partes está
están inmersas en un fluido dielé
dieléctrico, con el fin de
controlar la resistencia a la descarga elé
eléctrica en la zona de
corte.
Este lí
líquido puede ser aceite, si se trata de erosió
erosión por
penetració
penetración o agua desionizada si es por hilo.
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ELECTROEROSION (EDM): MODELOS
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ELECTROEROSION (EDM): MODELOS
Cuando el electrodo está
está a centé
centésimas de milí
milímetros de la
pieza, la potencia es capaz de superar la rigidez dielé
dieléctrica
del medio aislante, causando la aceleració
aceleración extrema de los
electrones y positrones, lo cual crea un canal de plasma.
Las partí
partículas aceleradas, chocan contra los materiales tanto
del electrodo como de la pieza, la temperatura crece a
valores de fusió
fusión (entre 8.000 ºC y 12.000 ºC) y así
así, se funden
y vaporizan ciertas y localizadas secciones del metal.
Posteriormente, se genera una implosió
implosión y la materia
fundida, en forma de partí
partículas carbonizadas, es enfriada por
el medio dielé
dieléctrico y proyectada fuera del área de corte en la
pausa de cada pulso.
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ELECTROEROSION (EDM): MODELOS
Las sucesivas descargas a travé
través de toda la superficie del
electrodo siempre se producen en los puntos situados a la
menor distancia. De esta manera, la superficie de la pieza de
trabajo va adquiriendo la forma que tenga el electrodo.
A medida que el proceso continú
continúa y el electrodo va
avanzando automá
automáticamente para mantener constante la
distancia con la pieza de trabajo, se genera la cavidad o el
corte como una réplica del electrodo.
El ciclo del proceso puede repetirse hasta 250.000 veces por
segundo y en general, la electroerosió
electroerosión puede compararse a
lo que sucede cuando un rayo, en mitad de una tormenta,
golpea el suelo con toda su fuerza.
20
ELECTROEROSION (EDM): MODELOS
En suma, el proceso genera altos niveles de temperatura,
superiores a la resistencia del material.
material. En consecuencia, el
corte es indiferente de la dureza mecá
mecánica de las piezas.
Esto permite el mecanizado de alta precisió
precisión de todo tipo de
materiales conductores de la electricidad, como metales,
aleaciones metá
metálicas y grafito, entre otros, sin importar su
grado de dureza.
En la electroerosió
electroerosión la dureza de la pieza es indiferente: el
método no corta, sino que vaporiza materiales con dureza
por encima de 38 Ra.
Ra. Incluye acero endurecido, cementado y
aleaciones con carbono y tungsteno, ademá
además de materiales
especiales, como hastelloy,
hastelloy, stellite,
stellite, nitralloy,
nitralloy, waspaloy y
nimonic,
nimonic, todas ellas súper aleaciones.
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
El proceso de electroerosió
electroerosión por penetració
penetración (SEDM – Sink
Electrical Discharge Machining)
Machining) comienza con la fabricació
fabricación
del electrodo, trabajo que no es habitual en los mé
métodos
convencionales de arranque de viruta. Es necesario disponer
de electrodos preformados, por lo que un factor clave es el
diseñ
diseño de los mismos.
Generalmente está
están hechos de cobre o grafito. El má
más comú
común
es el electrodo de cobre, que genera muy buen acabado
superficial a corrientes bajas y buena remoció
remoción de material a
corrientes altas.
El segundo material má
más utilizado es el grafito, dependiendo
su calidad, puede utilizarse para desbaste y acabados. 30
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
Entre má
más fino sea el grano del grafito, mejor será
será el acabado
superficial. Para procesos de desbaste se suele trabajar con
grano de 0,20 mm, mientras que en procesos de acabado el
tamañ
tamaño es del orden de 0,013 mm.
La principal ventaja de este material es su facilidad de
mecanizado para formas complejas.
Para las herramientas en grafito la má
máxima corriente que
soporta es de 15A/cm2, mientras que para las de cobre no es
recomendado pasar de 10A/cm2.
En teorí
teoría, cualquier material conductor de la electricidad
puede usarse como electrodo.
31
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
Durante el proceso de electroerosió
electroerosión, la pieza y el electrodo
se sitú
sitúan muy pró
próximos, dejando un hueco que oscila entre
0,01 y 0,05 mm, por el que circula un líquido dielé
dieléctrico. Al
aplicar una diferencia de tensió
tensión continua y pulsante entre
ambos, se crea un campo elé
eléctrico intenso que provoca el
paulatino aumento de la temperatura, hasta que el dielé
dieléctrico
se vaporiza.
Al desaparecer el aislamiento del dielé
dieléctrico salta la chispa,
incrementá
incrementándose la temperatura hasta los 20.000 ºC,
vaporizá
vaporizándose una pequeñ
pequeña cantidad de material de la pieza
y el electrodo formando una burbuja que hace de puente
entre ambas.
32
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
Al anularse el pulso de la fuente elé
eléctrica, el puente se rompe
separando las partí
partículas del metal en forma gaseosa de la
superficie original. Estos residuos se solidifican al contacto
con el dielé
dieléctrico y son finalmente arrastrados por la
corriente junto con las partí
partículas del electrodo.
Dependiendo de la má
máquina y ajustes en el proceso, es
posible que el ciclo completo se repita miles de veces por
segundo. Tambié
También es posible cambiar la polaridad entre el
electrodo y la pieza.
33
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
El resultado deseado del proceso es la erosió
erosión uniforme de
la pieza, reproduciendo las formas del electrodo. En el
proceso, el electrodo se desgasta,
desgasta, por eso es necesario
desplazarlo hacia la pieza para mantener el hueco constante.
En caso que el desgaste sea severo, el electrodo es
reemplazado.
Las tasas de arranque de material con electrodo de forma
son del orden de 2 cm3/h.
El electrodo es comú
comúnmente hecho de grafito, pues este, por
tener una elevada temperatura de vaporizació
vaporización, es má
más
resistente al desgaste.
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
Puede ser trabajado en una fresadora especí
específica con el fin de
crear ya sea un electrodo macho o un electrodo hembra, lo
que significa que el electrodo tendrá
tendrá la forma opuesta a la
forma deseada y resultante en la pieza de trabajo.
Es buena prá
práctica tener un electrodo de erosió
erosión en bruto y
uno que consuma en forma fina y final. Esto puede ser
determinado por las dimensiones y caracterí
características de la pieza
a ser lograda.
Los electrodos pueden ser manufacturados de manera que
múltiples formas pertenezcan al mismo pedazo de grafito.
35
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
Tambié
También el cobre es un material predilecto para la fabricació
fabricación
de electrodos precisos, por su caracterí
característica conductividad,
aunque por ser un metal suave su desgaste es má
más rá
rápido. El
electrodo de cobre es ideal para la elaboració
elaboración de hoyos o
agujeros redondos y profundos.
Comú
Comúnmente estos electrodos se encuentran de diá
diámetros
con tamañ
tamaños milimé
milimétricos en incrementos de medio
milí
milímetro y longitudes variadas. Este proceso en particular
es muy utilizado para antes del proceso de electroerosió
electroerosión
con hilo, para producir el agujero inicial donde pase el hilo a
travé
través de un grosor de material que es inconveniente al
taladro convencional.
36
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
El fluido dielé
dieléctrico es un medio lí
líquido que varí
varía segú
según las
caracterí
características del proceso: en el corte con hilo de lató
latón
comú
comúnmente es agua desionizada (agua mezclada con un
aceite soluble de tipo orgá
orgánico). Para el mecanizado con hilo
de molibdeno al igual que para el de penetració
penetración, se usa
aceite dielé
dieléctrico derivado del petró
petróleo, querosene o
hidrocarburo activado de elaboració
elaboración sinté
sintética.
Comú
Comúnmente se emplean aceites minerales con punto de
inflamació
inflamación entre 120 y 150 ºC, con elevada viscosidad;
petró
petróleos con punto de inflamació
inflamación comprendido entre 70 y
80 ºC y viscosidad media.
37
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
El fluido dielé
dieléctrico tiene un papel fundamental en el
proceso: crea el medio ideal para el canal conductor,
controla la potencia de la abertura de la descarga y actú
actúa a la
vez como aislante y refrigerante.
Ademá
Además, por acció
acción de una bomba auxiliar, está
está en continuo
movimiento, lo que sirve para barrer a travé
través de un desagü
desagüe,
las partí
partículas erosionadas y preservar la limpieza del espacio
entre la herramienta y la pieza.
38
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
Ventajas
- Al no generar fuerzas de corte como en los procesos de
mecanizado, el torneado y el taladrado, resulta aplicable para
materiales frá
frágiles.
- Se pueden producir agujeros muy inclinados en superficies
curvas sin problemas de deslizamiento, así
así como de elevada
relació
relación de aspecto (cociente entre la longitud y el diá
diámetro);
es decir, con pequeñ
pequeño diá
diámetro y gran profundidad,
imposibles con un taladro convencional.
- Al ser un proceso esencialmente térmico, se puede trabajar
cualquier material mientras sea conductor.
39
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
Ventajas
- Las tolerancias que se pueden obtener son muy ajustadas,
desde ±0,025 hasta ±0,127 mm.
- Es un proceso de fabricació
fabricación único para lograr complejas
configuraciones que son imposibles de otra forma.
- Ahorran en ocasiones la realizació
realización de un acabado rugoso
en la pieza por medio de ataques de ácido, pasá
pasándose a
denominar “acabado de electroerosió
electroerosión". No es un acabado
quizá
quizás tan perfecto como el que se obtendrí
obtendría con el ataque
de ácido pero por costes y plazos resulta satisfactorio en la
mayorí
mayoría de las ocasiones.
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ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
Inconvenientes
- Tras el proceso suele quedar una capa superficial de metal
fundido, frá
frágil y de extremada dureza, que debe eliminarse en
aquellas piezas que requieran resistencia a la fatiga.
- El grafito es un material frá
frágil, por lo que la manipulació
manipulación de
los electrodos debe ser muy cuidadosa.
- Los electrodos casi siempre requieren ser manufacturados:
por ejemplo, mecanizados en una fresadora que para trabajar
grafito.
41
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
Inconvenientes
- La rugosidad que deja en la superficie puede ser muy
elevada en funció
función del tipo de aplicació
aplicación, y la reducció
reducción de
ésta utilizando intensidades menores requiere mucho tiempo,
y en ocasiones se pueden producir defectos indeseados
como formació
formación de carbonillas o manchas.
- El acabado superficial rugoso no es perfecto, resultando
más rugoso sobre las caras planas que sobre las paredes
verticales por efecto de las chispas esporá
esporádicas que se
producen al evacuar los restos de material.
42
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
Sectores de aplicació
aplicación
Los principales usuarios de las má
máquinas de electroerosió
electroerosión
son matriceros y moldistas, para procesos de deformació
deformación
plá
plástica e inyecció
inyección.
Los sectores a los que se destinan sus trabajos
principalmente son el sector automotriz, lí
línea blanca, lí
línea
marró
marrón, aeroná
aeronáutico y aeroespacial, electró
electrónico y jugueterí
juguetería.
43
ELECTROEROSION POR PENETRACION (SEDM)
44
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
En la electroerosió
electroerosión por hilo se utiliza un hilo metá
metálico
(electrodo) para cortar un contorno programado en una pieza.
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ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
46
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
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ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
Electrodos para
corte de hilo
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ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
En la electroerosió
electroerosión por hilo, WEDM (Wire Electrical
Discharge Machining), el electrodo está
está constituido por un
carrete de hilo de lató
latón, lató
latón-zinc o molibdeno.
Las electroerosionadoras de lató
latón cuentan con generadores
más potentes y servomotores má
más precisos, que las de
molibdeno, lo cual permite aplicar mayor potencia al hilo.
Como resultado, el lató
latón se desgasta con cada pulso, se
desecha e inmediatamente se renueva, permaneciendo
siempre el mismo diá
diámetro de corte, lo que mejora la
precisió
precisión y la calidad superficial de la pieza trabajada.
49
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
En el sistema con molibdeno, el hilo reutilizado es enrollado
y desenrollado de manera continua, haciendo varias pasadas
con el mismo hilo. En promedio, por cada 10 horas de corte
se reduce 10 % el diá
diámetro del hilo, y esto se convierte en un
problema para trabajos largos, pues a medida que el
electrodo pierde espesor se reduce la precisió
precisión y calidad del
corte.
Igualmente, estas má
máquinas utilizan un sistema de poleas y
guí
guías para mover el hilo, por lo que aumenta la vibració
vibración
mecá
mecánica y disminuye la precisió
precisión. La calidad superficial se
ve afectada por el uso de aceites o petró
petróleo como medio
dielé
dieléctrico, ya que estos son menos eficientes a la hora de
limpiar que el agua desionizada.
50
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
El electro erosionado con lató
latón es capaz de remover material
pasando una vez por la pieza, y no se reutiliza; por este
motivo puede alcanzar mayores precisiones y velocidades.
Así
Así mismo, la precisió
precisión y calidad superficial aumentan a
menor diá
diámetro del hilo empleado. El diá
diámetro del hilo en las
máquinas de lató
latón suele oscilar entre 0.1mm, 0.25mm y
0.3mm, y para las maquinas de molibdeno varia de 0.18mm y
0.2mm.
Actualmente el mercado ofrece equipos de hilo de lató
latón que
pueden emplear diá
diámetros má
más delgados y que incluso
cambian automá
automáticamente el hilo a utilizar en un corte,
usando el hilo má
más grueso para desbaste y el má
más delgado
para acabado. Así
Así mismo, utilizan agua desionizada como
51
medio dielé
dieléctrico y el resultado es un corte limpio.
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
En la té
técnica con hilo de molibdeno, la velocidad es de hasta
100 mm2/min y su menor rugosidad esta entre los 2 y 2.5 Ra.
Por su parte en el corte con lató
latón, se pueden alcanzar
velocidades de 270 a 300 mm2/min y un mí
mínimo de rugosidad
de entre 0.15 a 0.2 Ra. Esto indica que el má
más deficiente de
los acabados realizados por lató
latón, con una velocidad de
corte cinco veces superior, es mejor que cualquier corte de
una maquina de molibdeno.
Los filtros son los encargados de retener las partí
partículas
erosionadas y limpiar el fluido dielé
dieléctrico. Está
Están hechos de
papel y varí
varían dependiendo del tamiz que tengan. La mayorí
mayoría
de filtros debe cambiarse cada tres meses.
52
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
En un principio, la aplicació
aplicación de la electroerosió
electroerosión por hilo se
limitaba a la fabricació
fabricación de matrices y punzones, por lo que
la altura de estas piezas no rebasaba los 100 mm. Al mismo
tiempo que moldistas y otros talleres de mecá
mecánica general
comenzaron a descubrir las ventajas de la electroerosió
electroerosión, los
constructores comenzaron a aumentar el tamañ
tamaño de las
máquinas y, por tanto, sus capacidades má
máximas.
Así
Así, aumentaron las dimensiones de todos los ejes, sobre
todo en el Z, debié
debiéndose en buena parte este
dimensionamiento a las nuevas configuraciones mecá
mecánicas.
53
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
Dado que los primeros modelos de má
máquinas de hilo estaban
orientados a la fabricació
fabricación de matrices, el ángulo má
máximo era
de un grado para una altura entre 110 y 125 mm.
Con el fin de satisfacer las crecientes necesidades de la
industria de los moldes y de piezas en general, el ángulo fue
aumentando hasta hacer posible alcanzar hoy ángulos de 30
grados en alturas de 400 mm., lo que abre nuevas
aplicaciones a la electroerosió
electroerosión por hilo.
54
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
La evolució
evolución tecnoló
tecnológica de la electroerosió
electroerosión por hilo ha ido
acompañ
acompañada por una sustancial rebaja en los precios de las
máquinas, que hoy son hasta un 75 por ciento má
más baratas
(con ajuste de la inflació
inflación) que los primeros modelos. Varias
razones explican este abaratamiento.
Por una parte, la tendencia seguida por la industria
electró
electrónica (má
(más prestaciones a menor precio) empujó
empujó a la
reducció
reducción del costo de las partes electró
electrónicas. Por otra, el
espectacular aumento en la venta de má
máquinas posibilitó
posibilitó a
los fabricantes las economí
economías de escala. Junto a todo esto,
los nuevos diseñ
diseños mecá
mecánicos contribuí
contribuían a obtener
mayores precisiones a menor costo.
55
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
La precisió
precisión má
máxima ha pasado de los 25 µm en los primeros
modelos a tan só
sólo 1 µm en los actuales. Varios factores han
hecho esto posible: la aparició
aparición de má
máquinas que
aseguraban que el corte siguiera una geometrí
geometría programada
con gran precisió
precisión; las reglas de vidrio, que garantizaban
una precisió
precisión continua con independencia del nú
número de
horas de trabajo y las variaciones de temperatura; la termo
estabilizació
estabilización de las columnas de la má
máquina mediante un
dielé
dieléctrico refrigerado, con el fin de garantizar la
perpendicularidad del hilo.
Todas estas innovaciones hacen que, siendo las má
máquinas
actuales un 75 má
más econó
económicas que las primeras, su
productividad se haya triplicado e incluso cuadruplicado.
56
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
La baja velocidad de corte era la razó
razón por la que las
primeras má
máquinas de hilo podí
podían trabajar desatendidas un
buen nú
número de horas. Pero el constante aumento de la
velocidad exigí
exigía la introducció
introducción de nuevas prestaciones,
como por ejemplo los sistemas de enhebrado automá
automático.
Dichos sistemas permiten, entre otras posibilidades,
mecanizar sin presencia del operario orificios en matrices o
incluso piezas completas. Los primeros sistemas, surgidos
hace unos 20 añ
años, tení
tenían un ciclo de 120 segundos y no
eran totalmente fiables; mientras que los má
más recientes,
ademá
además de má
más simples, reducen el ciclo a tan só
sólo 28
segundos, siendo má
más fiables incluso mecanizando orificios
con un diá
diámetro 0,05 mm. mayor que el del propio hilo. 57
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
Por otra parte, la posibilidad de automatizar la carga de las
piezas ha contribuido tambié
también notablemente a aumentar las
horas de operació
operación desatendida.
Llegados a este punto, conviene recordar que la eficaz
utilizació
utilización de un sistema de estas caracterí
características requiere
una estudiada programació
programación y planificació
planificación en el taller, de
forma que las piezas y los programas esté
estén disponibles en
cada momento.
Es gracias a estos sistemas automatizados como muchos
talleres pueden electro erosionar durante má
más de 100 horas
semanales en una misma má
máquina.
58
ELECTROEROSION POR HILO (WEDM)
Dado que actualmente los operarios calificados en
electroerosió
electroerosión brillan por su escasez, la mayor facilidad de
manejo de las má
máquinas ha permitido reducir los costos de
operació
operación y destinar menos operarios a má
más má
máquinas,
incluso en el turno de dí
día.
Existen en el mercado nuevos sistemas de control adaptativo
que ajustan automá
automáticamente la presió
presión de flujo del
dielé
dieléctrico, la frecuencia y la tensió
tensión del hilo.
Esta automatizació
automatización elimina la necesidad de tener a un
operario dedicado al ajuste de dichas variables cuando se
necesita cortar secciones de espesores variables.
59
ELECTROEROSION: OTROS METODOS DERIVADOS
- Mecanizado por micro electroerosió
electroerosión (MEDM)
- Taladrado por electroerosió
electroerosión
- Fresado por electroerosió
electroerosión
- Rectificado por electroerosió
electroerosión con hilo (WEDG)
60
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Los primeros equipos de electroerosió
electroerosión se diseñ
diseñaron para
realizar las cavidades o formas en matrices, en los cuá
cuáles se
mecaniza con un electrodo (macho) por separado dos o má
más
partes del molde (hembra). Estas primeras má
máquinas se
denominaron de matriz de penetració
penetración o de pistó
pistón.
Actualmente, las má
máquinas cuentan con portaelectrodos que
pueden moverse y girar en trayectoria circular sobre su
propio eje y paralelamente a la superficie de la pieza de
trabajo. Un ejemplo claro, es la utilizació
utilización de un electrodo
con cabeza en forma de L, el cual, una vez que se ha
introducido a una profundidad determinada, se le puede
hacer girar sobre su eje produciendo mecanizados interiores
de formas complejas. La orbitació
orbitación del electrodo consigue
hacer un arranque de material en el fondo de agujero. 61
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Hoy los equipos, tanto de hilo como de penetració
penetración, son
completamente automá
automáticos. Las electroerosionadoras
cuentan con un sistema CNC, conectado con la má
máquina a
travé
través de una red de datos.
En la computadora el usuario carga los pará
parámetros de corte
previamente, y puede alejarse y dejar sin vigilancia el corte
durante un fin de semana completo.
En las electroerosionadoras modernas las dimensiones
máximas de la pieza de trabajo para el corte con hilo se
acercan a 1.500 mm en Y, 1.000 mm en Z y sin lí
límite en X.
62
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Para el electroerosionado por penetració
penetración, las piezas de
trabajo son de má
máximo 1.500 mm en Y, 500 mm en Z y 3.000
mm en X, el ángulo má
máximo de inclinació
inclinación es ±45 grados y la
máxima combinació
combinación ángulo/altura es 30 grados, con 450
mm de altura.
Así
Así mismo, cuentan con grandes tanques de trabajo, que
garantizan amplios recorridos en los ejes XX-Y-Z (4.000, 2.000,
1.250 mm, respectivamente), una capacidad de carga de
hasta 25.000 kilogramos y alcanzan velocidades de remoció
remoción
de material de hasta 500mm2/min.
63
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
La precisió
precisión de una má
máquina es de ± 0.002 mm. para
electroerosionadoras de hilo y ± 0.001 mm. para las de
penetració
mientras
el
acabado
superficial
es
penetración,
aproximadamente de 0,5 y 2 Ra (rugosidad superficial
promedio) para hilo y para penetració
penetración.
Vale anotar que, los resultados son tan buenos o mejores
que el acabado por rectificado.
Básicamente las electroerosionadoras está
están compuestas
por:
64
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Columna ⇒ armazó
armazón vertical, dó
dónde se encuentra el
generador de potencia, una de las partes má
más importantes
del equipo de electroerosió
electroerosión. El generador de potencia está
está
compuesto, comú
comúnmente, por un circuito, sistema de
encendido y apagado transistorizado de alta frecuencia, un
equipo de protecció
protección elé
eléctrica (resistencia) y un estabilizador
oscilante.
El generador es el encargado de crear el diferencial elé
eléctrico
entre el electrodo y la pieza, a travé
través de una descarga en
forma de pulsos, la duració
duración de cada pulso es muy rá
rápida, ya
que pueden producirse del orden de hasta varias decenas de
miles de pulsos en un segundo.
65
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Cabezal ⇒ en él está
están los servomotores o los motores de
paso, segú
según el equipo, y son aquellos que ejecutan los
movimientos de corte sobre cinco ejes coordinados.
Ademá
Además, sostiene el portaporta-electrodo en la má
máquina de
penetració
penetración y en el caso del electro erosionado con hilo,
cuenta con sistema de rodillos y boquillas por donde pasa el
alambre, y se encarga tambié
también de tensionar el hilo.
Mesa de fijació
fijación de la pieza ⇒ está
está inmersa dentro del tanque
de trabajo y es dó
dónde se fija el material a mecanizar. En el
corte por penetració
penetración, el fluido dielé
dieléctrico siempre cubre la
pieza, mientras que en la má
máquina por hilo, puede o no estar
sumergida totalmente y en ambos casos hay presencia
permanente de chorros de fluido dielé
dieléctrico.
66
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Bancada ⇒ es la parte inferior del equipo donde está
está
montada la má
máquina, allí
allí se encuentran las guí
guías de los ejes
X y Y, reguladas por servomotores.
Control numé
numérico ⇒ una sofisticada red de transmisió
transmisión de
datos se conecta con la computadora, la cual transmite a
travé
través de una interfase el programa de corte, previamente
elaborado. Las má
máquinas actuales cuentan con un puerto
serial que sirve para que le sean instaladas memorias
externas y así
así ampliar la capacidad interna del equipo.
67
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Sistema
hidrá
de
lubricació
desionizado
y
hidráulico
lubricación,
refrigeració
refrigeración ⇒ todas las má
máquinas cuentan con un sistema
cíclico de refrigeració
refrigeración, lubricació
lubricación y aislante elé
eléctrico, que
se encarga de impulsar y hacer circular el fluido dielé
dieléctrico,
con la ayuda de bombas hidrá
hidráulicas, desde un tanque de
enfriamiento hasta el tanque de trabajo, para despué
después ser
filtrado y nuevamente reciclado.
El sistema de refrigeració
refrigeración mantiene el fluido a una
temperatura constante de 20 ºC.
68
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Componentes de una má
máquina
electroerosió
electroerosión
69
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquina de
electroerosió
electroerosión
por penetració
penetración
70
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquina de
electroerosió
electroerosión
por penetració
penetración
71
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquina de
electroerosió
electroerosión
por penetració
penetración
72
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquina de
electroerosió
electroerosión
por penetració
penetración
73
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquina de
electroerosió
electroerosión
por penetració
penetración
74
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquina de
electroerosió
electroerosión
por penetració
penetración
de gran tamañ
tamaño
75
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquinas de
taladrado por
electroerosió
electroerosión
76
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquina de
electroerosió
electroerosión
por penetració
penetración CNC
77
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquina de
electroerosió
electroerosión
por hilo
78
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquinas de
electroerosió
electroerosión por hilo
79
ELECTROEROSION: MAQUINAS Y EQUIPOS
Maquina de
electroerosió
electroerosión por hilo
80
ELECTROEROSION: RECOMENDACIONES
Una evacuació
evacuación o limpieza inadecuada de las partí
partículas
carbonizadas de la erosió
erosión, impide el buen funcionamiento
de la má
máquina y disminuye la velocidad de remoció
remoción de
material; estas partí
partículas obstruyen el canal conductor y
pueden generar interrupciones en la descarga.
Inclusive cuando un carbó
carbón no es removido adecuadamente,
puede hacer un hueco de su tamañ
tamaño en la pieza de trabajo o
en el electrodo y por ende, disminuir la vida útil del electrodo
o dañ
dañar la pieza a trabajar.
Este fenó
fenómeno se puede evitar con buen lavado, un aceite de
buena calidad y en otros casos, solamente incrementando el
tiempo de pausa del pulso elé
eléctrico.
81
ELECTROEROSION: RECOMENDACIONES
Para lograr un excelente acabado superficial, es importante
elegir el refrigerante adecuado. Generalmente, el má
más
utilizado por economí
economía es el petró
petróleo; sin embargo, no se
recomienda para la mayorí
mayoría de trabajos, pues éste deberí
debería
usarse só
sólo en desbastes de media potencia y acabado fino.
Para mecanizar piezas pequeñ
pequeñas no influye mucho el tipo de
aceite, pero para mecanizar piezas grandes lo mejor es usar
aceites sinté
sintéticos. En la electroerosió
electroerosión de sú
súper acabado o
acabado espejo, se recomienda emplear aceite sinté
sintético y
para obtener un mejor rendimiento se pueden usar aditivos
lubricantes tambié
también de aceite del tipo bioelé
bioeléctrico, lo cual
aumenta la velocidad de remoció
remoción y facilita el buen acabado.
82
ELECTROEROSION: RECOMENDACIONES
La limpieza del fluido dielé
dieléctrico debe ser vigilada
perió
periódicamente y cuá
cuándo sea necesario cambiar los filtros de
papel.
Es importante desarmar el portaporta-electrodos para limpiarlo y
de igual forma hacerlo con el sistema de rodillos y boquillas
en las má
máquinas de hilo, de ello depende la vida útil de los
equipos, la cual es superior a diez añ
años.
83
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
El ECM (Electro Chemical Machinig) es una tecnologí
tecnología
importante para mecanizar materiales difí
difíciles de conformar
y para crear contornos complicados. Debido a las ventajas de
esta té
técnica, los campos principales de aplicació
aplicación son la
industria aeroespacial, la industria del moldeado y las
operaciones de acabado superficial.
Durante el mecanizado electroquí
electroquímico el arranque de
material es debido a un proceso de disolució
disolución gracias al
cual, en la pieza, no se genera ningú
ningún tipo de estré
estrés residual,
la temperatura a la que se trabaja es inferior a 100K y la
herramienta (contra electrodo) no sufre desgaste.
84
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
El proceso ECM permite la eliminació
eliminación de rebabas y micro
rebabas generadas por torneado, roscado, rectificado, etc.
Ofrece a su vez la posibilidad de realizar radios en
intersecciones o cualquier otra zona interna de la pieza,
trabajando de modo preciso, con unas tolerancias mí
mínimas y
sin crear rebabas secundarias.
El proceso de ECM se realiza mediante una corriente
elé
eléctrica que circula desde la pieza (á
(ánodo) hacia la
herramienta (cá
(cátodo) a travé
través de una solució
solución electrolí
electrolítica
(NaCl o NaNO3). Gracias a esta corriente elé
eléctrica se
consigue eliminar el material sobrante por disolució
disolución
molecular del mismo, y las partí
partículas de material disuelto
son
posteriormente
filtradas
para
conservar
las
caracterí
85
características del electrolito.
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
En caso de una pieza de hierro, la reacció
reacción se describe del
siguiente modo:
Gracias al control existente sobre la intensidad de corriente
usada y el tiempo de proceso, se ajusta la cantidad de
material a eliminar en funció
función de los requerimientos del
cliente.
86
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
87
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
Es necesario resaltar que el grado de arranque de material no
depende de las propiedades mecá
mecánicas de la misma sino que
depende principalmente de la composició
composición quí
química. Las
caracterí
características del mecanizado electroquí
electroquímico hacen posible
que el arranque de materia sea a nivel de tamañ
tamaño micro,
pudié
pudiéndose aplicar de manera efectiva para mecanizar micro
detalles.
Esta té
técnica puede aplicarse para producir diferentes
geometrí
geometrías en superficies de metales y aleaciones en un
rango de 1 a 100 µm. La selecció
selección adecuada de pará
parámetros y
el uso de cá
cátodos precisos hacen posible mecanizar
superficies tanto internas como externas con tolerancias de
88
hasta ±1 µm.
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
Para el proceso es necesario un utillaje consistente en dos
placas de material aislante. Normalmente las piezas son
colocadas en la placa inferior que se encuentra en contacto
con el polo positivo del circuito, mientras que la placa
superior aloja los cá
cátodos (polo negativo).
Este utillaje es diseñ
diseñado para cubrir todas las exigencias del
cliente, existiendo un gran abanico de opciones en el diseñ
diseño
y construcció
construcción del mismo.
Estos utillajes permiten trabajar varias piezas al mismo
tiempo, siendo el único lí
límite, las dimensiones de las piezas
y el tiempo necesario para la carga y descarga.
89
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
Una vez colocadas las piezas en la má
máquina e iniciado el
ciclo, la placa superior desciende hasta colocar los cá
cátodos
en la posició
posición de trabajo, se hace pasar el electrolito por la
zona a desbarbar o mecanizar y comienza a circular la
corriente elé
eléctrica.
Las piezas pueden ser introducidas y retiradas de la má
máquina
de modo automá
automático gracias a la posibilidad de robotizar el
proceso, permitiendo así
así reducir los tiempos de carga y
descarga.
Otras posibles configuraciones son las má
máquinas de doble
estació
estación, que permiten suministrar corriente a dos utillajes
simultá
simultáneamente, y las máquinas Tandem que permiten usar
dos utillajes de modo alterno.
90
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
Gracias a esta configuració
configuración es posible procesar un grupo de
piezas en un utillaje mientras se realiza la carga y descarga
del otro utillaje, logrando de este modo un alto ritmo de
producció
producción.
Este sistema ademá
además de realizar mecanizados y radios en
lugares de difí
difícil acceso con formas complejas, permite
eliminar el rebabado manual, tedioso y no garantizado. A
diferencia de otros procesos como el granallado o el vibrado,
el desbarbado electroquí
electroquímico evita los dañ
daños superficiales
de las zonas delicadas de las piezas como roscas externas o
paredes finas, ya que el proceso se realiza sin ningú
ningún tipo de
acció
acción mecá
mecánica, evitando que las piezas entren en contacto
entre sí
sí, o con algú
algún otro tipo de material que las pudiese
dañ
dañar.
91
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
El proceso electroquí
electroquímico es el aliado perfecto para
mecanizados complejos y para desbarbar piezas en series
medias o largas, gracias a un reducido tiempo de proceso
(normalmente de 5 a 20 s.) y de preparació
preparación de má
máquina (de
15 a 20 minutos).
En su conjunto, las má
máquinas electroquí
electroquímicas son fá
fáciles de
usar y programar, ademá
además pueden ser utilizados como
sistemas independientes o integrados en la lí
línea de
producció
producción. Ofrecen una gran variedad de configuraciones
dependiendo de las necesidades especificas de cada cliente
en té
términos de volumen de producció
producción, tipo de material, y
dimensiones de las piezas.
92
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
Por otra parte las má
máquinas electroquí
electroquímicas no precisan
complejas instalaciones gracias a la simplicidad de los
suministros necesarios.
La má
máquina es alimentada mediante una conexió
conexión a la red
elé
eléctrica de 380V, y el suministro del electrolito se realiza
desde un deposito acoplado a la má
máquina.
A excepció
excepción de los hidró
hidróxidos provenientes de la disolució
disolución
del material, el proceso de mecanizado y desbarbado
electrolí
electrolítico no genera ningú
ningún tipo de residuos.
93
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
Los campos de aplicació
aplicación má
más frecuentes del proceso
electrolí
electrolítico son sistemas de frenos ABS, ruedas dentadas,
componentes para sistemas de inyecció
inyección diesel, cuerpos de
válvulas, cajas de direcció
dirección, componentes neumá
neumáticos e
hidrá
hidráulicos, etc., y es aplicable a todos los materiales
conductores como acero, aluminio, metales no ferrosos, y
otros.
94
MECANIZADO ELECTROQUIMICO (ECM)
Aplicaciones del mecanizado electroquí
electroquímico
95
RECTIFICADO ELECTROQUIMICO (ECG)
La té
técnica ECG (Electro Chemical Grinding) combina el
mecanizado electroquí
electroquímico (ECM) con el rectificado normal.
La piedra rectificadora es un cátodo giratorio embebido en
partí
partículas abrasivas, que tienen las funciones de servir como
aislantes entre la piedra y la pieza y de quitar mecá
mecánicamente
los productos de la electró
electrólisis del área de trabajo.
Ya que só
sólo alrededor del 5% de la remoció
remoción es por acció
acción
del abrasivo (el resto es por el electrolito), el desgaste de la
piedra es muy bajo.
Como ventaja principal, el proceso presenta mayor rapidez
de remoció
remoción que en el rectificado convencional, con una
duració
duración de herramienta mucho má
más grande, inclusive para
96
materiales con elevada dureza.
RECTIFICADO ELECTROQUIMICO (ECG)
97
FRESADO QUIMICO (CM)
El fresado quí
químico (CM – Chemical Milling) es un proceso no
convencional, que consiste en la eliminació
eliminación por disolució
disolución
selectiva y controlada de una aleació
aleación metá
metálica, por medio de
agentes quí
químicos adecuados (soluciones acuosas ácidas ó
básicas), para fabricar piezas con formas, dimensiones y
pesos adecuados.
La eliminació
eliminación del metal se consigue por inmersió
inmersión en la
solució
solución de ataque ó por proyecció
proyección de la misma sobre la
superficie del componente, el cual puede previamente haber
sido recubierto con una máscara protectora resistente a la
solució
solución de ataque, sobre la que se ha realizado un trazado y
un pelado de las superficies que se desea atacar.
98
FRESADO QUIMICO (CM)
99
FRESADO QUIMICO (CM)
De una manera sencilla, el proceso de fresado quí
químico se
puede resumir en las siguientes operaciones:
1.1.- Desengrase
2.2.- Chorreado
3.3.- Aplicació
Aplicación de la má
máscara
4.4.- Trazado manual ó con lá
láser
5.5.- Pelado de la má
máscara
6.6.- Ataque de la solució
solución
100
FRESADO QUIMICO (CM)
En el caso del titanio, se trata de sumergir la pieza en una
mezcla de ácido ní
nítrico - fluorhí
fluorhídrico en presencia de un
tensoactivo a unos 400 ºC de temperatura.
La pieza perderá
perderá masa a unos 0,02 mm/minuto, y las partes
que no se desee atacar se pueden recubrir con neoprene o
copolí
copolímero de isobutileno - isopropileno.
Las ventajas de este proceso son la posibilidad de fresado de
una superficie ó varias a la vez, fresado de contornos
complejos, texturas de acabado superficial muy finas, y
ausencia de distorsiones en paredes de secció
sección delgada.
101
FRESADO QUIMICO (CM)
Las limitaciones má
más importantes son:
- Todos los defectos ó irregularidades superficiales son
reproducidas durante el fresado quí
químico.
- En los cortes en ángulo, éste nunca se produce con radio
cero.
- Los bordes de corte resultan afilados y cortantes
- El lí
límite de profundidad de corte para que no se produzca
un sobrevuelo del borde está
está alrededor de 3 – 4 milí
milímetros.
102
MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)
El USM (Ultra Sonic Machining), tambié
también conocido como
rectificado por impacto ultrasó
ultrasónico, es un mé
método en el que
se emplea una herramienta y abrasivos sueltos. Se hace
vibrar la herramienta a una frecuencia ultrasó
ultrasónica y ésta
arrastra a los abrasivos generando una rotura frá
frágil en la
superficie de la pieza.
La forma y dimensiones de la pieza está
están en funció
función de la
herramienta. Como el arranque del material está
está basado en la
rotura frá
frágil, este mé
método es adecuado para mecanizar
materiales tan frá
frágiles como el vidrio, los materiales
cerá
cerámicos, el silicio ó el grafito, y prá
prácticamente cualquier
material duro.
103
MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)
El té
término “ultrasonidos”
ultrasonidos” es debido a que la vibració
vibración se
produce a una frecuencia pró
próxima a los 20kHz (vibra unas
20.000 veces por segundo), frecuencia que está
está en el rango
de los ultrasonidos.
104
MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)
El proceso del mecanizado por ultrasonidos rotatorio (RUM Rotary Ultrasonic Machining) es un avance tecnoló
tecnológico del
clá
clásico mecanizado por ultrasonidos USM. Se basa en la
eliminació
eliminación de material mediante la combinació
combinación de giro y
vibració
vibración ultrasó
ultrasónica en direcció
dirección axial de una herramienta,
generalmente de diamante que, a su vez, se alimenta con una
corriente interna - externa de fluido de corte.
Esta herramienta vibra unas 20.000 veces por segundo
gracias a un piezoelé
piezoeléctrico incorporado en el cabezal.
El ámbito de aplicació
aplicación del RUM está
está dirigido
fundamentalmente al mecanizado de materiales duros y
frá
frágiles como las cerá
cerámicas té
técnicas, los vidrios, metales
endurecidos, silicio, piedras preciosas, etc.
105
MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)
106
MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)
La separació
separación continua entre herramienta y pieza gracias a
esa vibració
vibración ultrasó
ultrasónica hace que, en comparació
comparación con los
métodos tradicionales, las fuerzas de corte se reduzcan y
que la generació
generación de calor sea menor. Esto se traduce en una
protecció
protección de la herramienta y de la pieza aumentando la
productividad en hasta 5 veces la de dichos procesos
convencionales, y la obtenció
obtención de unos acabados
superficiales incluso menores que 0,2mm.
Así
Así mismo, la presencia de una serie de algoritmos de
control inteligentes ayudan a optimizar por completo el
proceso de corte, así
así el ADR monitoriza el par (se protege la
herramienta) y el ACC controla la fuerza en direcció
dirección axial
mediante señ
señales acú
acústicas (se protege el piezoelé
piezoeléctrico).
107
MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)
Aplicaciones del RUM
- Industria del automó
automóvil: discos de freno, toberas de
inyecció
inyección, insertos de moldes de inyecció
inyección, en materiales
como Nitruro de Silicio, Alú
Alúmina, metal duro, acero templado
(55HRc)
- Industria de los semiconductores: plaquitas (Wafer),
elementos de refrigeració
refrigeración en materiales como Silicio,
Cuarzo, Hialino.
- Industria óptica: lentes có
cóncavas y convexas, espejos en
materiales como Zafiro, Silicio, Zerodur y vidrios varios.
- Industria mé
médica: articulaciones, coronas dentales en
materiales cerá
cerámicos varios como Zirconio, Alú
Alúmina.
- Varios: guí
guías antidesgaste, pirometrí
pirometría, boquillas de
soldadura, aisladores té
térmicos, materiales cerá
cerámicos. 108
MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)
Todas estas aplicaciones tienen un elemento en comú
común: las
superiores propiedades de alta dureza, resistencia mecá
mecánica
al desgaste, baja densidad, resistencia a la abrasió
abrasión a altas
temperatura, capacidades ópticas, etc.
Mediante RUM se pueden mecanizar geometrí
geometrías que
difí
difícilmente podrí
podrían conseguirse con otros procesos de
fabricació
fabricación como por ejemplo agujeros de Ø 0.5 y 10mm de
profundidad en Silicio, roscado interior en metal duro calidad
H6, etc.
El mecanizado por ultrasonidos rotatorio aparece como una
clara solució
solución para el procesado óptimo de materiales
avanzados como cerá
cerámicas, metales endurecidos y vidrios.
109
MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)
Aplicaciones del mecanizado por ultrasonido
110
MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)
Dado que los procesos abrasivos como el rectificado
procesan este tipo de materiales, se deben subrayar los
avances que supone la tecnologí
tecnología RUM:
- Reducció
Reducción de los esfuerzos de corte, de la carga té
térmica a
la pieza y con ello el desgaste de la herramienta debido al
menor tiempo de contacto de cada grano abrasivo con el
material de pieza, inherente al movimiento ultrasó
ultrasónico.
- La superposició
superposición de movimientos, rotació
rotación y giro, hace que
se obtengan mayores tasas de arranque que en el caso de
los procesos convencionales como el rectificado (hasta 5
veces mayores).
- Gran acabado superficial, debido a las menores fuerzas del
proceso, pudié
pudiéndose obtener superficies con rugosidades
menores que 0.2 µm Ra hasta suprimir el pulido.
111
MECANIZADO POR ULTRASONIDO (USM)
- El movimiento ultrasó
ultrasónico junto con el refrigerante interno y
externo hace que la herramienta experimente un proceso de
autolimpieza, evitando así
así el fenó
fenómeno de embotamiento y
facilitando el regenerado de la misma.
- El proceso produce una capa superficial de tensiones
residuales de compresió
compresión, por lo que se aumenta la vida a
fatiga.
- Se pueden tratar materiales duros y frá
frágiles llevando a cabo
pequeñ
pequeñas operaciones de corte, desde 0.5mm así
así como
diversas operaciones en una sola má
máquina, como taladrado y
fresado, agujeros de gran profundidad, contorneados,
ranurados, planeados o superficies complejas.
112
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
La tecnologí
tecnología del LBM (Laser Beam Machining) se basa en la
generació
generación de un rayo lá
láser de alta potencia que es dirigido
contra la pieza mediante un sistema de espejos de alta
precisió
precisión.
En la zona de incidencia del rayo se consigue una elevada
densidad de potencia que produce la volatilizació
volatilización del
material. El rayo lá
láser erosiona el material en mú
múltiples capas
obteniendo, de este modo, la geometrí
geometría y profundidad
requerida.
El mecanizado por lá
láser es un proceso no convencional que
permite obtener mecanizados de formas complejas y de
pequeñ
pequeño tamañ
tamaño.
113
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
114
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
El lá
láser es una fuente de luz coherente de alta energí
energía cuyo
significado es “Amplificació
Amplificación de Luz por Emisió
Emisión de
Radiació
Radiación Estimulada”
Estimulada”, que en inglé
inglés forman las siglas
LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation).
El sistema lá
láser principalmente consta de tres componentes:
- Un medio activo, que en nuestro caso es un cristal de
Nd:YAG.
- Un medio de excitació
excitación, que en nuestro caso es una
lámpara.
- La óptica del resonador.
115
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
El sistema lá
láser consta de una lá
lámpara de 6000 W que irradia
una luz que tiene como propiedades que es divergente,
multicolor e incoherente.
Dicha luz excita el medio activo (cristal de Nd:YAG)
produciendo un haz lá
láser que, en comparació
comparación con la
bombilla, tiene propiedades direccionales, monocromá
monocromáticas y
coherentes, siendo su longitud de onda l=1.064 micras, y una
potencia media de 100W.
116
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
Este haz lá
láser es reflejado al 100% por un espejo, y só
sólo
parcialmente por otro espejo. El haz lá
láser que no es reflejado
es el que se utiliza para procesar el material.
El haz lá
láser esencialmente paralelo es fá
fácil de transportar a
largas distancias para llevarlo al sitio donde se necesita. En
el área de procesado, el haz lá
láser enfocado en un punto
pequeñ
pequeño está
está provisto de la energí
energía necesaria para calentar,
fundir o hasta evaporar metales.
117
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
118
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
119
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
La gran ventaja de esta tecnologí
tecnología es la posibilidad de
mecanizar casi todo tipo de materiales independientemente
de su dureza o maquinabilidad, desde aceros, aleaciones
termo resistentes, cerá
cerámicas hasta metal duro, silicio, etc.
El lá
láser en estado só
sólido se encuentra compuesto por un
cristal de Nd:YAG, que permite una potencia media de lá
láser
de 100 W, siendo los picos de potencia de 20 Kw.
La alta densidad de energí
energía del haz lá
láser en el punto de
enfoque permite que se produzca el proceso de ablació
ablación,
haciendo que el material se vaporice. El diá
diámetro del haz en
el punto de enfoque puede ser de 30 mm. o de 100 mm.
120
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
Si a la tecnologí
tecnología del lá
láser le añ
añadimos la tecnologí
tecnología de
fabricació
fabricación a alta velocidad, se dispone de un equipamiento
más completo que permite el mecanizado de moldes que
presenten detalles complejos y precisos, a la vez que se
pueden obtener paredes verticales y acabados de esquinas
vivas.
Una de las grandes ventajas de esta tecnologí
tecnología es que al ser
una fuente de energí
energía la que incide sobre el material, no se
producen desgastes, roturas ni colisiones de la herramienta
de corte, lo que supone una gran ventaja al proceso de
arranque de viruta tradicional.
121
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
El uso de la tecnologí
tecnología lá
láser (LBM) en el mecanizado de
materiales para la fabricació
fabricación de micro productos ha sido
estudiada durante la última dé
década, y se presenta, a dí
día de
hoy, como una tecnologí
tecnología ampliamente insertada en el
mundo industrial.
La aplicació
aplicación de la tecnologí
tecnología lá
láser a procesos de micro
fabricació
fabricación se encuentra en una zona de precisió
precisión
intermedia, que la convierte en una tecnologí
tecnología de elevada
demanda en funció
función del volumen de componentes para cuya
fabricació
fabricación será
será previsiblemente aplicada.
122
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
Las herramientas basadas en el empleo del lá
láser
proporcionan alternativas de fabricació
fabricación particularmente
interesantes a escala microscó
microscópica.
En particular, la posibilidad de utilizar el lá
láser como
herramienta de precisió
precisión ofrece una alternativa ventajosa en
la realizació
realización de procesos de micro fabricació
fabricación tales como
corte, soldadura, taladrado, marcado, ablació
ablación y conformado,
procesos por otra parte tradicionales entre las aplicaciones
industriales de los lá
láseres de potencia.
123
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
La precisió
precisión en el dominio micromé
micrométrico debe ir acompañ
acompañada
de unas reducidas cargas té
térmicas y mecá
mecánicas, con relació
relación
a los procesos tradicionales de fabricació
fabricación de componentes
de igual tipo a mayor escala.
La micro fabricació
fabricación con lá
láser representa, por tanto, un
desafí
desafío para los ingenieros mecá
mecánicos, los especialistas en
tecnologí
tecnología lá
láser y los expertos en ciencia e ingenierí
ingeniería de
materiales.
Los materiales que má
más se emplean en la producció
producción de
micro productos son metales, cerá
cerámicas, vidrio, polí
polímeros y
semiconductores, siendo posible su mecanizado mediante
124
una o varias tecnologí
tecnologías lá
láser diferentes.
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
Aplicaciones
- Mecanizado de figuras y piezas de pequeñ
pequeñas dimensiones,
permitiendo obtener esquinas vivas y agujeros de pequeñ
pequeño
diá
diámetro; es decir, formas geomé
geométricas que no es posible o
es muy costoso obtener mediante procesos convencionales.
- Creació
Creación de cavidades para aplicaciones tan diversas como
moldes té
técnicos de precisió
precisión, té
técnica mé
médica, electró
electrónica y
moldes de semiconductores, micro tecnologí
tecnología, construcció
construcción
de prototipos.
- Creació
Creación de cavidades para moldes de microinyecció
microinyección,
micro postizos para la matricerí
matricería, grabados superficiales y
profundos, y sustituir operaciones de electroerosió
electroerosión en
125
casos concretos.
MECANIZADO POR HAZ DE RAYO LASER (LBM)
Aplicaciones del
mecanizado
por rayo lá
láser
126
MECANIZADO POR HAZ DE PLASMA (PBM)
El fundamento del corte por plasma (PBM – Plasma Beam
Machining) se basa en elevar la temperatura del material a
cortar de una forma muy localizada y por encima de los
30.000 ºC, llevando el material hasta el cuarto estado de la
materia (el plasma), estado en el que los electrones se
disocian del átomo.
El procedimiento consiste en provocar un arco elé
eléctrico
estrangulado a travé
través de la secció
sección de la boquilla del soplete,
sumamente pequeñ
pequeña, lo que concentra extraordinariamente
la energí
energía ciné
cinética del gas empleado, ionizá
ionizándolo, y por
polaridad adquiere la propiedad de cortar.
127
MECANIZADO POR HAZ DE PLASMA (PBM)
Aplicaciones del mecanizado por haz de plasma
128
MECANIZADO POR HAZ DE PLASMA (PBM)
129
MECANIZADO POR HAZ DE PLASMA (PBM)
La ventaja principal de este sistema radica en su reducido
riesgo de deformaciones, debido a la compactació
compactación calorí
calorífica
de la zona de corte. Tambié
También es valorable la economí
economía de los
gases aplicables, ya que a priori es viable cualquiera, si bien
es cierto que no debe de atacar al electrodo ni a la pieza.
El equipo necesario para aportar esta energí
energía consiste en un
generador de alta frecuencia alimentado de energí
energía elé
eléctrica,
gas para generar la llama de calentamiento (argó
(argón,
hidró
hidrógeno, nitró
nitrógeno), y un porta electrodos, que
dependiendo del gas puede ser de tungsteno, hafnio o
circonio.
130
MECANIZADO POR HAZ DE PLASMA (PBM)
El vaporizado de plasma es una tecnologí
tecnología de partí
partículas
adaptado para la deposició
deposición rá
rápida de una capa gruesa (>30
mm). En cuanto a su mayor aplicació
aplicación a la hora de fabricar
micromicro-componentes a futuro, se puede destacar la
producció
producción por lotes de sensores de gas de estado só
sólido.
Sin embargo, a dí
día de hoy, resulta ser una tecnologí
tecnología no
demasiado empleada.
empleada
Por la vertiente elé
eléctrica del equipo, la normas de seguridad
aplicables son las correspondientes a esta maquinaria,
considerando adicionalmente los gases que puedan
desprenderse en el proceso por suciedad de la pieza.
131
MECANIZADO POR HAZ DE PLASMA (PBM)
Aplicaciones
El acero al C, acero inoxidable, y aluminio puede ser cortado
por arriba de 5181.6 mm. de ancho y el largo es casi ilimitado.
El resonador lá
láser esta especialmente diseñ
diseñado y montado, y
se mueve con la maquina en direcció
dirección longitudinal, mientras
que en la direcció
dirección transversa un sencillo flying optic guí
guía el
láser a la pieza de trabajo.
Este diseñ
diseño elimina divergencias en la viga a lo largo del eje
longitudinal, asegurando la intensidad del lá
láser, y la calidad
del corte constantemente se recuerda.
132
MECANIZADO POR HAZ DE ELECTRONES (EBM)
La eliminació
eliminación de material mediante haz de electrones (EBM
– Electron Beam Machining) es otra de las tecnologí
tecnologías en
auge. En lugar de hacer saltar arcos elé
eléctricos, este mé
método
emplea un haz focalizado de alta velocidad de electrones, el
cual funde y vaporiza el material.
La tecnologí
tecnología EBM se emplea para la escritura sobre una
célula electro sensible o para crear variaciones superficiales
del material. Las té
técnicas bá
básicas está
están muy desarrolladas
para la producció
producción de má
máscaras de los circuitos integrados y
especialmente
para
la
fabricació
de
estructuras
fabricación
superficiales, como la óptica binaria. El diá
diámetro transversal
típico del haz de electrones está
está comprendido entre 10 y 200
133
mm. para el punto de focalizació
focalización sobre la pieza.
MECANIZADO POR HAZ DE ELECTRONES (EBM)
134
MECANIZADO POR HAZ DE ELECTRONES (EBM)
135
MECANIZADO POR HAZ DE IONES FOCALIZADOS (FIB)
Algunos autores clasifican la tecnologí
tecnología FIB (Focused Ion
Beam) como una tecnologí
tecnología puramente mecá
mecánica, en la cual
la punta de la broca se reemplaza por un haz de iones
altamente energé
energéticos. Se emplea una fuente lí
líquida de iones
metá
metálicos, por ejemplo galio, obteniendo diá
diámetros de haz
por debajo de la micra en la zona focalizada.
El mecanizado por haz de iones focalizados es una
tecnologí
tecnología idó
idónea para el mecanizado de estructuras de
dimensiones muy reducidas, detalles muy finos e incluso
estructuras en 3D, gracias al diá
diámetro de haz de 1010-50 nm.
Los iones son dirigidos y focalizados desde una fuente de
plasma sobre la superficie donde se elimina el materia. 136
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
El agua, a pesar de transmitir una gran sensació
sensación de
tranquilidad, se puede utilizar para generar una fuerza muy
elevada.
Hoy por hoy es una herramienta industrial totalmente
innovadora.
Presurizada a unos niveles muy altos, y canalizada a travé
través
de orificios muy pequeñ
pequeños, el agua corta de una forma muy
precisa casi todos los materiales.
El corte con agua (AWM – Abrasive Waterjet Cutting) es el
proceso de mecanizado de mayor crecimiento en los últimos
5 añ
años.
137
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
138
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
139
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
140
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Tipos de bombas
La bomba de ultra alta presió
presión es el corazó
corazón del sistema de
corte. En el caso de las bombas tipo intensificador, la presió
presión
se genera mediante un multiplicador de presió
presión en un
cilindro hidrá
hidráulico de doble efecto, el cual trabaja con 210
bares de presió
presión de aceite, y transmite el movimiento a los
pistones de agua, que teniendo una relació
relación de superficies
de aproximadamente 1 a 20, comprimen el agua por encima
de 4100 bar.
A esta presió
presión el agua se comprime a un 13%.
141
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Bomba intensificadora
de agua
A. Acumulador de agua
B. Intensificador de
ultraultra-altaalta-presió
presión de agua
C. Filtro de agua
D. Purificador de aceite
E. Motor
F. Bomba de aceite
G. Refrigerador de aceite
142
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Tipos de bombas
Otro bomba tipo intensificador genera la presió
presión a travé
través de
una bomba de aceite. Esta presió
presión es enviada a un
intensificador (multiplicador de presió
presión) que transforma, por
efecto Pascal, la presió
presión de aceite en presió
presión de agua. En
este tipo de bombas se conseguido superar la barrera de los
4.100 bares. de presió
presión.
Cuanto má
más elevada es la presió
presión, mejores son los acabados
que se consiguen, y mayor velocidad de corte.
143
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Tipos de bombas
Las bombas de accionamiento directo, de reducido tamañ
tamaño,
son capaces de elevar la presió
presión del agua a unos niveles que
estaban muy por encima de lo que se estaba acostumbrado
con este tipo de bombas. Esto se consiguió
consiguió utilizando
materiales tecnoló
tecnológicamente muy avanzados.
Estas bombas son una segunda alternativa en bomba de alta
presió
presión, ya que se pueden alcanzar presiones de 3.800 bar
con una eficiencia del entorno del 95%. Esto las convierte en
unas bombas de bajo consumo y menor costo de
mantenimiento; es decir, bajo costo de operació
operación.
144
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
La formació
formación del haz de agua en el cabezal de corte
La estabilidad de haz de agua se garantiza con un atenuador
de presió
presión integrado en un sistema de tuberí
tubería de alta
presió
presión. Dentro de este sistema se incluyen tambié
también tuberí
tuberías
flexibles de alta presió
presión que conducen el agua hasta la
misma cabeza de corte.
En dicha cabeza un taladro muy pequeñ
pequeño en una piedra de
rubí
rubí transforma la presió
presión del agua en velocidad. El tamañ
tamaño
de este taladro es aproximadamente el de un pelo humano, y
el haz de agua alcanza a travé
través suyo una velocidad de 3
mach.
145
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Este haz de agua es capaz de cortar una gran variedad de
materiales. Los materiales blandos como las gomas,
espumas, compuestos para las juntas de automoció
automoción, fibras
de pañ
pañales e incluso los alimentos, se pueden cortar
solamente con agua a alta presió
presión. En este caso solo se
utiliza la energí
energía ciné
cinética del agua para producir el corte.
Si ademá
además se le añ
añade granate como elemento abrasivo al
haz de agua, se pueden cortar todo tipo de materiales duros
tales como metales, piel natural, má
mármol, cristal, o materiales
reforzados con fibras. En este proceso, el agua acelera las
partí
partículas del abrasivo para producir el corte dejando un
aspecto satinado en su perfil.
146
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Una vez generada la presió
presión por la bomba, la misma es
transmitida a travé
través de los conductos de alta presió
presión hasta la
cabeza de corte. En este punto, la energí
energía de presió
presión se
transforma en energí
energía ciné
cinética al atravesar un orificio de un
tamañ
tamaño aproximado de 0,3 mm.
El chorro generado, que viaja a tres veces la velocidad del
sonido,
sonido, pasa a travé
través de la cámara de mezcla, en la que se
produce el efecto venturi para absorber el abrasivo y
mezclarlo con el haz de agua.
A partir de este punto, el chorro de agua y abrasivo pasa a
travé
través del tubo de mezcla, y acaba impactando contra el
material a cortar.
147
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
El principio de los procesos de corte con agua pura (AWM), y
de corte con agua y abrasivo (AWJM) es el mismo. La única
diferencia, es que en este último se añ
añade abrasivo en la
parte inferior, para acelerar sus partí
partículas contra el material.
En este caso es necesario hacer llegar el abrasivo hasta el
cabezal.
Esto se consigue a travé
través de diferentes sistemas: el má
más
avanzado consiste en una tolva del entorno de los 200 Kg. de
capacidad en la que se deposita el abrasivo. Esta está
está
comunicada con un depó
depósito presurizado, que es el
responsable de enviar el abrasivo hasta la cabeza de corte.
En ese punto se encuentra un dosificador de abrasivo que
garantiza el aporte óptimo por unidad de tiempo al cabezal.
148
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Proceso AWJM
Corte con agua y
abrasivo
149
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Una herramienta muy útil para el cabezal de corte, es lo que
se denomina "sistema de asistencia de vací
vacío en perforació
perforación
Paser 3".
Este sistema permite asegurar un proceso de perforació
perforación
seguro y consistente, incluso en materiales muy frá
frágiles
como el cristal, la piedra o la cerá
cerámica. Así
Así se evita la
necesidad de pretaladrar mecá
mecánicamente las piezas.
150
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Corte de distintos materiales
Partiendo de una energí
energía fija en la boquilla de corte, la
velocidad y la calidad de corte en los materiales son funció
función
de su índice de maquinabilidad, y del espesor que se
pretenda cortar.
Por lo tanto, cuanto menor es el índice de maquinabilidad,
más lento se hace el corte,
corte, y cuanto mayor espesor tambié
también
se reduce la velocidad de corte.
La posibilidad de cortar materiales es espectacular. Casi
todos los materiales de la naturaleza pueden ser cortados
con esta tecnologí
tecnología, tanto con agua como con agua con
151
abrasivo.
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Aunque los espesores de corte má
más comunes en esta
tecnologí
tecnología oscilan entre los 0,5 mm. y los 120 mm. para
materiales duros, en ocasiones los usuarios de corte con
agua y abrasivo llegan a cortar hasta 350 mm. de materiales
como el acero inoxidable.
En el corte de espesores reducidos, esta tecnologí
tecnología permite
la colocació
colocación de varias capas una encima de otra para
cortarlas a la vez, manteniendo las calidades de corte con
cierta homogeneidad, y aumentando así
así en gran medida la
productividad del proceso.
152
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
A pesar de que esta tecnologí
tecnología puede cortar todo tipo de
materiales, hay algunos que por sus caracterí
características
intrí
intrínsecas son especialmente agradecidos a este tipo de
corte. Por ejemplo el aluminio, acero inoxidable, lató
latón, cobre,
piedra, cerá
cerámica, entre otros.
La principal caracterí
característica de esta té
técnica es que estamos
ante un corte frí
frío que no deforma el material, en el que las
zonas de corte no quedan térmicamente afectadas. Esto
permite obtener piezas terminadas, con muy buen nivel de
acabado, y facilita enormemente la realizació
realización de
operaciones de mecanizado posteriores si fuera necesario.
153
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
En el 90% de los casos las piezas cortadas por agua pueden
tomarse como piezas terminadas. Cortando a menor
velocidad, es posible obtener una pieza totalmente terminada
que no requiere mecanizado posterior. Es posible tambié
también
aumentar la velocidad a cambio de obtener un peor acabado.
Para corte de vidrio y materiales frá
frágiles se dispone de un
sistema denominado “asistencia de vací
vacío en perforació
perforación",
que evita que el material se rompa cuando el agua impacta
sobre el mismo, pues tiene tendencia a romperse. Con un
proceso en el que se hace circular el abrasivo dentro de la
cabeza de corte antes de que pase el agua, se consigue que
el agua llegue con abrasivo, por lo tanto erosiona el material
y no deteriora la perforació
perforación.
154
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Aplicaciones de mecanizado
por chorro de agua
155
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
.
Secuencia del proceso de corte del soporte para el alternador de una moto marca HarleyHarley-Davidson
A. Boceto provisto por el cliente con el dibujo de la parte
B. Plantilla de cartó
cartón con la silueta de la pieza
C. Escaneado y vectorizado del modelo
D. Digitalizació
Digitalización en software CAD
E. Se importa el archivo al software de mecanizado CNC, iniciá
iniciándose el proceso AWM
F. Corte del prototipo en material blando
G. Comparació
Comparación del prototipo rá
rápido con la plantilla del cliente
H. Pieza original de acero cortada por waterjet.
I. Soporte torneado y cromado, instalado en el alternador de la moto.
156
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
157
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Ejemplos de mecanizado por chorro de agua
158
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Cabeza de corte de tres dimensiones
El corte de materiales en tres dimensiones se consigue con
máquinas de cinco ejes, (x, y, z y dos má
más) para la cabeza de
corte. De esta forma permiten al cabezal inclinarse y acceder
a cualquier posició
posición.
Lo má
más interesante de este sistema es que mantiene el punto
focal siempre en el mismo sitio, y puede así
así ejecutar
cualquier movimiento con estos dos ejes manteniendo
siempre el cabezal fijo. Con esto se mejora la velocidad y el
acabado de la pieza.
159
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Cabeza de corte de tres dimensiones
Estas má
máquinas tienen aplicaciones especialmente en el
mundo del automó
automóvil y en el aeroespacial, y los materiales
que se cortan con este sistema son el titanio, aluminio y
fibras de carbono, entre otros.
Tambié
También tiene aplicaciones en el corte de papel y en el corte
de juntas, donde se utiliza una má
máquina con 5 cabezales de
corte.
160
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA: MAQUINAS
CNCCNC-Router Waterjet
A. Tanque para almacenamiento de agua
B. Bomba intensificadora de agua
C. Equipo desionizador de agua
D. Depó
Depósito de material abrasivo
E. Accesorio suministrador de abrasivo
F. Mesa de corte
161
G. Controlador CNC
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA: MAQUINAS
162
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA: MAQUINAS
163
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
El futuro de la tecnologí
tecnología de corte con chorro de agua
El futuro del corte con agua se encamina bajo dos aspectos
fundamentales. Quienes está
están familiarizados con los
métodos de corte tradicionales sostienen que el corte de
agua es un corte poco preciso y que deja conicidad en la
superficie de corte. Ademá
Además se le adjudica el defecto de la
lentitud en el corte en comparació
comparación con otros mé
métodos.
El aná
análisis de estos factores ha llevado a buscar los aspectos
tecnoló
tecnológicos que permitan rebatir y mejorar esas
situaciones. Gran parte de ello ya está
está conseguido,
habié
habiéndose aportado soluciones radicales a esos problemas.
164
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Por ejemplo, con el corte diná
dinámico, se obtiene la capacidad
de producir totalmente piezas acabadas sin ningú
ningún tipo de
conicidad en la superficie de corte, ademá
además de conseguir una
precisió
precisión muchí
muchísimo mayor de la que hasta ahora se podí
podía
alcanzar con las má
máquinas convencionales.
En el futuro se podrá
podrán producir piezas en el entorno de las
centé
centésimas de mm. en ausencia de cono y, si por otro lado la
precisió
precisión obtenida en la actualidad fuera suficiente, se podrí
podría
cortar de 2 a 3 veces má
más deprisa que hasta ahora. Con esta
tecnologí
tecnología se ganará
ganará bien en calidad o precisió
precisión, bien en
velocidad de proceso.
165
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Durante má
más de 20 añ
años los sistemas de corte con agua han
probado su amplio espectro de aplicaciones. Sin embargo,
hasta este momento siempre ha existido un lí
límite
insuperable: cuanto má
más rá
rápida fuera la velocidad de corte
más se retrazaba el haz y, por tanto, se hací
hacían patentes má
más
defectos en la superficie de corte.
En su recorrido de arriba abajo, el haz se abre de forma
cónica o en forma de V, y en las esquinas de las piezas este
retraso del haz puede significar un dañ
daño importante a su
geometrí
geometría. La tecnologí
tecnología de corte diná
dinámico con agua
resuelve estos problemas de conicidad y tolerancia de la
pieza. Ahora se pueden cortar con mucha mejor calidad y
mucho má
más deprisa.
166
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
La clave de este nuevo proceso es un conjunto de
complicados modelos matemá
matemáticos, distintas variables con la
deflexió
deflexión del haz de luz, y la relació
relación entre su punto de
entrada y de salida.
Para trabajar con esta tecnologí
tecnología
introduzca el tipo de material,
deseada en el corte. Un sistema
gestiona el camino optimo de
modelos matemá
matemáticos.
basta con que el operador
su espesor y la calidad
cinemá
cinemático muy avanzado
corte calculado por los
La conicidad queda virtualmente eliminada; incluso a alta
velocidad se pueden conseguir esquinas y arcos perfectos.
167
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
El corte comparativo de piezas idé
idénticas muestra có
cómo, con
la tecnologí
tecnología de corte diná
dinámico, la tolerancia y conicidad de
las piezas es inmensamente menor, siendo los tiempos de
ciclo idé
idénticos. Si, por el contrario, se mantiene una
tolerancia y calidad equivalente, el corte diná
dinámico reduce
drá
drásticamente el tiempo de ciclo. Velocidad y precisió
precisión al
mismo tiempo: ahora es posible conseguir ambas para
cualquier figura en cualquier material y espesor.
El otro aspecto importante de futuro es la presió
presión de corte,
en tanto y en cuanto, la mayor energí
energía disponible para el
corte contribuirá
contribuirá al aumento en la velocidad del mismo.
168
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Hoy en dí
día ya está
están disponibles equipos que operan a 5.000
bar, y en poco tiempo se dispondrá
dispondrá de equipos que
proporcionará
proporcionarán de manera continuada y con cierta confianza
6.000 bar.
Por tanto, la energí
energía va ser muchí
muchísimo mayor y se podrá
podrán
cortar bien materiales de espesor mucho mayor, o bien
materiales con muchí
muchísimo menos aporte de abrasivo que, en
definitiva, es lo que dificulta esta tecnologí
tecnología o la hace
costosa.
169
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Actualmente, a 6000 bar se pueden cortar planchas finas de
metal sin abrasivo con só
sólo la energí
energía desarrollada por el
agua.
Estas son las dos facetas que realmente marcan el futuro
inmediato de la tecnologí
tecnología de corte de agua y las que, de
alguna manera, abren una competencia directa con los
métodos tradicionales té
térmicos como pueden ser el lá
láser, el
plasma de alta definició
definición, el oxicorte e incluso, en el área de
precisió
precisión, con la electroelectro-erosió
erosión por hilo.
170
MECANIZADO POR CHORRO DE AGUA (AWM)
Caracterí
Características má
más destacadas y diferenciadoras
- Al no ser un mé
método de tipo té
térmico no produce
deformaciones, no altera las propiedades del material y por
tanto no necesita operaciones de acabado posterior, por lo
que a un relativo bajo coste se obtiene una buena calidad de
acabado.
- Puede cortar todo tipo de materiales y espesores
(flexibilidad del proceso).
- El aprovechamiento de material y la productividad que
ocasiona.
- No es contaminante: respetuoso con el medio ambiente.
- Amplia capacidad de desarrollo futuro
171
MECANIZADO POR CHORRO DE ABRASIVOS (AJM)
El mecanizado por chorro abrasivo (AJM – Abrasive Jet
Machining) es una operació
operación de acabado en la que se elimina
material merced a la acció
acción abrasiva de un chorro de gas
(aire, nitró
nitrógeno ó anhí
anhídrico carbó
carbónico) cargado de partí
partículas
de polvo abrasivo fino (carburo de Si, óxido de Al, vidrio).
El proceso consiste en apuntar un chorro de alta velocidad
del gas elegido con partí
partículas abrasivas a la superficie de la
pieza. El choque genera una fuerza concentrada apta para
cortar ó erosionar materiales metá
metálicos y no metá
metálicos, para
desbarbar o eliminar esquirlas, o para limpiar una pieza con
superficie irregular.
172
MECANIZADO POR CHORRO DE ABRASIVOS (AJM)
173
MECANIZADO POR CHORRO DE ABRASIVOS (AJM)
Se trata de un proceso manual en el que la velocidad del
chorro es del orden de 300 m/s. Permite desbarbar, pulir,
atacar, gramilar, ranurar, estriar, y tallar formas ó abrir
orificios. Su mejor resultado se da con materiales
térmicamente sensibles, frá
frágiles, delgados ó duros.
El mé
método de maquinado con chorro abrasivo tiende a
redondear las aristas agudas en esquinas. Otra desventaja
que presenta es el riesgo causado por las partí
partículas
abrasivas suspendidas en el aire.
Por este procedimiento se graba el nú
número de matrí
matrícula en
los cristales de los automó
automóviles para evitar su robo y
posterior manipulació
manipulación. Tambié
También se utiliza en la industria
electró
electrónica para tallar semiconductores.
174
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
El proceso AFM (Abrasive Flow Machining) se utiliza para
mejorar considerablemente la calidad del acabado superficial
de las matrices de extrusió
extrusión. En este proceso, las capas que
durante el proceso EDM resultan afectadas por el proceso
térmico se eliminan, se minimiza la aspereza superficial y
todos los tipos de geometrí
geometrías se pulen hasta un acabado de
espejo en cuestió
cuestión de minutos.
Al mismo tiempo, se logra una calidad de mecanizado
constante, con unas tolerancias muy ajustadas. Con este
proceso se logra un ahorro de hasta el 75 por ciento con
respecto al pulido manual, ademá
además de una superficie
perfecta.
175
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
El proceso de mecanizado por flujo de pasta abrasiva es la
solució
solución ideal para la limpieza de los canales de flujo
estrechos e inaccesibles de las herramientas. Antes, esta
excelente calidad superficial era inalcanzable.
Es frecuente que se pidan acabados superficiales de Ra 0,1
µm. Estos acabados se logran con una mí
mínima eliminació
eliminación
de restos, porque la viscosidad de la pasta, un polí
polímero que
contiene una suspensió
suspensión de partí
partículas abrasivas, se adapta a
las fuerzas de corte efectivas.
El material se elimina en la direcció
dirección de flujo del material de
la pieza de trabajo, lo que permite que se ajusten los
pará
parámetros del proceso de forma óptima para el proceso de
extrusió
extrusión.
176
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
Dentro del proceso AFM, lo má
más importante es el polí
polímero
abrasivo o “pasta”
pasta”, que cambia de viscosidad aparente
cuando se aplica presió
presión. A medida que la pasta avanza por
encima o a travé
través de una ruta de flujo restringida, sus
molé
moléculas se interconectan, y transforman la pasta de un
fluido viscoso en un sólido elá
elástico, e incluso quebradizo.
Dado que la pasta casi se adhiere únicamente a sí
sí misma, se
desliza con suavidad por bordes y superficies, como una
“masilla”
masilla” abrasiva, que tiene unos resultados similares a los
de un “papel de lija”
lija” desplazable 3D. La acció
acción abrasiva es
máxima en los pasos má
más estrechos con una má
máxima
resistencia al flujo.
177
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
Propiedades de la pasta ⇒
• Vida útil → la pasta sirve de matriz para la suspensió
suspensión
homogé
homogénea de las partí
partículas abrasivas.
• Calidad de pulido constante → la eliminació
eliminación de restos se
puede controlar combinando la presió
presión, la velocidad del flujo
y el volumen del flujo.
• Posibilidades en aplicaciones universales → se han
desarrollado má
más de 200 fó
fórmulas de pastas para procesar
diversos materiales de trabajo y lograr un acondicionamiento
preciso de la superficie y los bordes.
178
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
Los abrasivos de las pastas AFM suelen
ser el carburo de silicio y abrasivos de
diamante.
Los tamañ
tamaños de las partí
partículas van de las
5 a las 4 000 micras (malla 1 000 a 8).
El AFM mejora las
superficies y los bordes
creados por diversos
métodos de fabricació
fabricación,
incluidas las superficies
sometidas a EDM,
fundició
fundición, forjado,
taladrado, fresado
y torneado.
179
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
Aplicació
Aplicación del mecanizado por flujo de pasta abrasiva
180
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
Aplicaciones del AFM
181
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
182
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
El proceso AFM no solo es adecuado para el procesamiento
de nuevas matrices, sino que se puede aplicar tambié
también a la
limpieza y reparació
reparación de matrices usadas.
Las superficies funcionales que ya no cumplan los
está
estándares de calidad requeridos debido al desgaste o a
algú
algún dañ
daño, se pueden volver a pulir de forma rá
rápida y
econó
económica con este proceso.
Las matrices suelen ser muy caras y con el AFM se logra
prolongar considerablemente su vida útil.
183
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
El proceso AFM no se limita a las aplicaciones de la industria
de moldes y matrices, sino que tambié
también se usa en el acabado
superficial de componentes complejos, como los
componentes de la industria de la automoció
automoción o
aeroespacial, o en ámbitos como las tecnologí
tecnologías hidrá
hidráulicas
y mé
médicas.
El procesamiento AFM se usa para el acabado de algunos de
los componentes má
más importantes fabricados por el ser
humano para las industrias de automoció
automoción, álabes de
turbinas aeroespaciales, turbinas de gas, procesamiento de
alimentos, farmacé
farmacéutica, moldes y matrices, sistemas
hidrá
hidráulicos e ingenierí
ingeniería general.
184
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
Caracterí
Características del proceso ⇒
• Desbarbado, formació
formación de radios y pulido de gran precisió
precisión
• Adecuado incluso en las zonas de difí
difícil alcance
• Mejor integridad y acabado superficial
• Mejores ciclos de vida útil y menor índice de desgaste
• Eliminació
Eliminación de las capas de refundido té
térmico y defectos
superficiales
• Un control preciso de los procesos y una excelente
repetitividad
• Aplicable a piezas únicas y pequeñ
pequeños lotes, así
así como a
185
grandes producciones
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
AFM Flujo Monodireccional
AFM Flujo Bidireccional
186
MECANIZADO POR FLUJO DE PASTA ABRASIVA (AFM)
AFM Multiflujo
AFM Flujo Orbital
187
OTROS PROCESOS NO CONVENCIONALES
- Rectificado electroquí
electroquímico mediante descarga (ECDG)
- Taladrado por flujo elé
eléctrico ó por electro arrastre (ES)
- Taladrado capilar (CD)
- Mecanizado electrolí
electrolítico en forma de tubo (STEM)
- Rectificado por descarga elé
eléctrica (EDG)
- Rebarbado mediante energí
energía té
térmica (TEM)
- Mecanizado fotoquí
fotoquímico ó fotograbado (PCM)
- Desbarbado electroquí
electroquímico (ECD)
- Asentado electroquí
electroquímico (ECH)
- Mecanizado por electro gel (EGM)
188