NDICE.
- INTRODUCCION
- MECANIZADO POR ABRASIVOS. CONCEPTO
- ABRASIVOS
3.1 Naturales
3.2 Artificiales
- APLICACIONES
4.1 Prestaciones y funcionamiento
4.2 Herramientas para el cepillado
- MUELAS
5.1 Tipos de muelas
5.2 Abrasivos usados
5.3 Tamaño de grano
5.4 Material aglutinante
5.5 Durezas de muelas. Grado
5.6 Estructura
5.7 Forma y dimensiones
- MÁQUINAS PARA OPERACIONES DE ABRASIÓN
- CONCLUSIÓN
1. INTRODUCCIÓN
El mecanizado por abrasivos es una operación básica de arranque de material, en la cual la viruta se forma a merced a la acción de minúsculas aristas de corte que son parte integrante de partículas abrasivas.
Indiscutiblemente, la abrasión constituye la más antigua de las operaciones de mecanizado básicas pues desde la Edad de piedra se daba forma a las herramientas por fricción de unas con otras. En la actualidad gracias a los abrasivos artificiales y a la investigación sobre estas técnicas se ha dado lugar a que el mecanizado por abrasivos sea una secuencia fundamental los de procesos de fabricación mecánica.
2. MECANIZADO POR ABRASIVOS. CONCEPTO
Como decimos, en estas técnicas de mecanizado, el abrasivo de gran dureza, en forma de pequeños granos arranca material de la pieza metálica proporcionando la forma el acabado superficial deseado.
Las partículas arrancadas no tienen forma definida, como en el caso de las máquinas-herramientas habituales siendo además su tamaño mucho menor, del orden de 1μm. A pesar de esto, se consiguen arranques de material relativamente importantes, pues las velocidades de rotación y la densidad de partículas que actúan son mucho mayores.
Sin embargo, los abrasivos no se emplean generalmente para la conformación del material, si no, más bien para operaciones de limpieza, pulido y acabado.
En estas operaciones de acabado se consiguen elevadas precisiones, imposibles de conseguir con otras m-h, con tolerancias dimensionales de hasta 0.01 μm y rugosidades medias menores a 0.5 μm.
Además gracias a su elevada dureza y refractariedad, permiten mecanizar piezas metálicas de muy alta dureza (aceros templados, cementados, nitrurados, metal duro…etc.) difíciles de mecanizar por otros procedimientos.
De forma previa a conocer a las distintas operaciones y máquinas utilizadas, veamos los materiales utilizados como abrasivos.
3. ABRASIVOS
Existen dos clases de abrasivos atendiendo a su origen: los naturales que se encuentran en la naturaleza y son utilizados tras una serie de modificaciones y los artificiales que se obtienen sintéticamente.
3.1 Naturales
Los abrasivos naturales más empleados son el cuarzo, el esmeril, el corindón y el diamante. Su dureza se clasifica en función de la escala de Knoop y más frecuentemente en la realizada por Mohs.
El cuarzo está formado por sílice, es decir el anhídrido de Si. Se utiliza como abrasivo en forma de granos de arena o en forma de piedra arenisca, llamado asperón. Su dureza es 7 en la escala de Mohs, siendo su principal uso el afilado de herramientas.
El esmeril contiene entre un 50 a 65 % de óxido de aluminio, la alúmina, de gran dureza y poder de corte. El resto son impurezas como óxido de Fe, Cr…etc. El esmeril encuentra gran aplicación en la fabricación de lijas y telas abrasivas para operaciones groseras.
En el corindón el porcentaje de alúmina es mayor, alrededor del 85 % por lo que poseerá mayor dureza (9 en la escala de Mohs) y mejores propiedades abrasivas.
El diamante está formado por carbono puro cristalizado, siendo el material natural de mayor dureza, por lo que ocupa el primer lugar en la escala Mohs. Se emplea principalmente en forma de muelas diamantadas con las que se consiguen excelentes acabados.
3.2 Artificiales
Se obtienen por síntesis en hornos eléctricos. Las masas fundidas se cuelan en moldes, siendo posteriormente trituradas, molidas y separadas según el tamaño de grano. Tienen la ventaja de ser más homogéneos que los naturales. Entre ellos destacan:
El corindón artificial o alumdun. Se prepara partiendo del mineral bauxita de donde se obtiene la alúmina, que entra a formar parte del alumdun en porcentajes entre el 85 y 90%. De todavía mayor riqueza en alúmina es el corindón blanco, sinterizado a partir de alúmina pura. Los mayores porcentajes de oxido de aluminio les hace ser todavía más duros que el corindón natural.
Carborumdun, es el nombre comercial del carburo de silicio. Fue descubierto por casualidad a finales del s. XIX al tratar de fabricar piedras preciosas fundiendo arena silícea, coque de petróleo, serrín y sal. Su dureza supera a la del corindón blanco siendo 9.5 su valor en la escala de Mohs, si bien se emplea para trabajar metales no muy duros como bronce o fundición gris a la vez que plásticos o mármoles.
El nitruro de Boro, conocido como Borazón, es el material más duro conocido hasta la fecha, superando al diamante. Se obtiene sometiendo el nitruro de boro a presiones elevadísimas, de hasta 70.000 bares y a temperaturas superiores a 1700º C.
4. APLICACIONES DE LOS ABRASIVOS
Para producir el arranque de material, los abrasivos pueden ser aplicados:
Libres, en forma de granos o polvos, arrastrados por un fluido: aceite, petróleo o aire. Destacan por su mayor aplicación los chorros de arena, aparatos en los que una corriente de aire de gran presión arrastra los granos contra las piezas produciendo el arranque de material. Son usados en operaciones limpieza y preparación de piezas metálicas. Otro ejemplo son las máquinas de chorro de agua, donde la dureza de las partículas junto con la presión del agua permite cortar grandes espesores de acero.
Encolados, es decir, el abrasivo, en forma de finas partículas, se adhiere sobre hojas de papel o telas. Estas lijas pueden tomar cualquier forma aunque destacan las de forma de banda y las de disco.
Según el tamaño de granos se enumeran del 1 al 6 correspondiendo el 1 a las de grano basto y el 6 a la de grano más fino. El abrasivo más utilizado es el esmeril aunque en ocasiones también se utiliza carborundum.
Con ellas se realizan operaciones de desbarbado, desbaste y en general operaciones que no requieren buenos acabados ni dimensionales ni superficiales.
Aglomerados, con un material aglutinante, formando las muelas y piedras.
5. MUELAS
Estas herramientas de abrasión están constituidas por granos abrasivos de diferentes tamaños aglomerados firmemente por un material aglutinante. Generalmente adoptan una forma de revolución capaz de girar alrededor de su eje. Trabajan de forma similar a las fresas, actuando de cuchillas cortantes los granos abrasivos situados en la periferia.
Están destinadas a distintas operaciones, como son:
· Desbarbado o tronzado, trabajos que no requieren precisión usándose abrasivos de tamaño grosero.
· Afilado de herramientas de acero rápido o metal duro, con granos de tamaño medio-fino.
· Rectificado y superacabado, donde se utilizan abrasivos de pequeña granulometría pues son trabajos precisos.
5.1 Tipos de muelas
Según el material que forme el abrasivo las muelas pueden ser:
Naturales. Son las procedentes de ciertas rocas compuestas por abrasivos de granos de sílice aglomerados por gres o arcilla. Se les conoce también como muelas de agua pues el mecanizado con ellas se realiza bajo el agua para su refrigeración. Su uso se limita a trabajos de poca precisión.
Artificiales. Presentan la ventaja de ser más homogéneas y poder usar el abrasivo y aglomerante más adecuado para cada trabajo.
La naturaleza y características del los materiales empleados se ajustan a la clasificación NORTON, adoptada universalmente por casi todos los fabricantes de muelas. Según esta los elementos que intervienen serán: el tipo de abrasivo, tamaño de grano, aglutinante, grado, estructura y forma. Veamos cada una por separado.
5.2 Abrasivos
Se emplean abrasivos, naturales o artificiales, de dureza comprendida entre 9-10 de la escala Mohs. La nomenclatura Norton las designa por los símbolos:
A– Corindón Artificial C– Carburo de silicio N– Carburo de Boro D– Diamante
Como huelga comentar el abrasivo de la muela habrá de ser tanto más duro cuanto mayor sea el material que se haya de mecanizar.
5.3 Tamaño de grano
Las masas de abrasivos son trituradas, molidas y después clasificadas en función del tamiz más fino por el que los granos pueden pasar. La clasificación NORTON estipula desde grano muy basto con número de tamiz 4 a 10 a grano superfino con número de tamiz desde 280-600. El tamaño de grano debe disminuir conforme aumente el grado de acabado deseado y/o mayor sea la dureza del material base.
5.4 Material aglutinante
Los aglomerantes empleados en las muelas para ligar los granos varían según el uso al que se destina la muela. Los más importantes son:
Resinosos (Baquelitas). Estos materiales termoestables resisten bien los golpes y permiten velocidades periféricas muy altas de >90 m/s. Se designan por la letra B.
Vitrificados (V) . Se emplean en un 75% de las muelas que se fabrican actualmente. Son insensibles a los agentes ácidos y corrosivos así como a los cambios bruscos de Tº, suponiendo esto una ventaja con respecto a las los aglutinantes resinosos. Su mayor problema es la fragilidad conferida a la muela, pues son muy sensibles a los golpes. Además la velocidad de giro permitida es mucho menor >20 m/s.
Además de estos tipos de aglutinantes cabe destacar las de caucho (R), que se vuelven pegajosas con el calor, los de Silicatos (S) o las aglomeradas con materiales metálicos (M) como por ejemplo las muelas de diamante en las que se usa el latón.
5.5 Dureza de las muelas. Grado
Se refiere esta cualidad a la mayor o menor tenacidad con la que el aglutinante retiene los granos de abrasivo. El grado de dureza de una muela debe ser el justo para que se conserven los granos en la muela mientras estos tienen aristas cortantes, y se desprendan cuando se desgasten, dejando que aparezcan nuevos granos en su lugar con aristas vivas.
El grado de dureza se indica con una letra mayúscula del alfabeto, empezando con la F para grado muy blando y terminando en la Z como muy duro. Al elegir una muela se ha de tener en cuenta que su grado será tanto más blando cuanto más duro sea el material a mecanizar.
5.6 Estructura de las muelas
Depende de los espacios vacíos entre los granos unidos por el aglomerante. Puede valorarse por la relación Volumen total de abrasivo/Volumen total de la muela. La estructura se designa por un número romano siendo
I– Estructura compacta hasta IX-Estructura porosa.
5.7 Forma y dimensiones de las muelas
Existe una gran variedad de formas y dimensiones según el trabajo a que se destinen. Podemos nombrar las muelas planas o de disco, muelas cilíndricas, de vaso, de doble vaso, muelas para roscas, muelas de formas, muelas para interiores…etc.
En cuanto a su estructura, pueden quedar fijas en su centro de rotación o ir montadas sobre vástagos, muy utilizadas en trabajos de matricería, ajuste y rectificado interior.
6. MÁQUINAS PARA OPERACIONES DE ABRASIÓN
Las podemos clasificar en función del acabado obtenido con ellas en:
· Desbaste (sin precisión) è Esmeriladora
· Afilado (de relativa precisión) è Afiladoras de herramientas
· Afinado (alta precisión) è Rectificadoras (Cilíndricas, planas, Sin centros y especiales)
· Acabado (de muy alta precisión) è Lapeadoras, Bruñidoras, Superacabadoras y Pulidoras.
Veamos de forma resumida las características más importantes de cada una de ellas:
Las esmeriladoras y afiladoras de herramientas, están formadas por un motor de eje prolongado donde sobre ambos extremos se montan dos muelas de disco. Las esmeriladoras suelen ser fijas (de banco o de pedestal) mientras que las afiladoras se deben desplazar al lugar donde se encuentran las herramientas por lo que son móviles.
Las rectificadoras por su parte ocupan un lugar destacado dentro de las máquinas abrasivas. Son empleadas para reducir las dimensiones de piezas que han sido mecanizadas previamente en otra m-h dejando un ligero exceso de material. Según su forma de trabajar se distinguen:
· Rectificadoras cilíndricas. Son llamadas así porque su misión es rectificar piezas de revolución cilíndricas. Se podrían diferenciar según rectifiquen superficies exteriores o interiores si bien el funcionamiento es análogo. Su aspecto es muy similar al de un torno cilíndrico pero aquí será la herramienta (la muela) la que por rotación produzca el corte. El Ma lo proporcionará la muela o la pieza.
Dentro de este grupo destacan las rectificadoras universales empleadas en la fabricación de grandes series, capaces de rectificar superficies cilíndricas y cónicas tanto exteriores como interiores.
· Rectificadoras planas. En este caso serán superficies planas, exteriores o interiores las rectificadas. Se distinguen dos procedimientos:
Rectificado tangencial, donde se utiliza una muela cilíndrica de modo que el eje de giro de la muela se mantiene paralelo a la superficie de trabajo.
Rectificado frontal, empleándose ahora una muela frontal. En este caso el eje de giro será perpendicular a la superficie de trabajo. El Ma de avance (circular o rectilíneo) lo proporciona la mesa sobre la que se apoya la pieza. Los resultados obtenidos con este tipo son superiores.
· Rectificadoras sin centros. Su misión es rectificar piezas cilíndricas largas y delgadas. Para ello las piezas son sostenidas sobre una regla de apoyo que les permite su rotación a la vez que son abrasadas. El giro es proporcionado por el rozamiento tangencial de una muela cilíndrica junto con una muela de arrastre que tiene permitido un cierto movimiento de su eje giro. Se produce así un movimiento helicoidal de la pieza por la que se mecaniza a la vez que avanza.
· Rectificadoras especiales, se incluyen aquí máquinas diseñadas para el rectificado de series muy largas de piezas iguales. Entre ellas destacan: la rectificadoras de roscas, de engranajes, de levas, de cigüeñales…etc.
Bruñidoras, Lapeadoras son máquinas que realizan operaciones de acabado practicadas preferentemente en orificios (bloques motor, cilindros hidráulicos…etc.). Su misión es obtener superficies muy lisas, con tolerancias muy estrechas. Las operaciones son realizadas con una cabeza de bruñir, que no es más que una especie de escariador con una serie de varillas o piedras abrasivas que actúan sobre las caras del orificio mediante presión radial.
Aún cuando el bruñido y lapeado permiten obtener cualidades superficiales muy buenas, originan una delgada capa superficial indeseable de estado amorfo (capa Belby). Con las superacabadoras se consigue eliminar esta capa, consiguiéndose superficies con mejores tolerancias dimensiones (T<0.1 μm) y acabados superficiales (Ra<1 μm).
Las superacabadoras son muy similares a las rectificadoras, siendo sustituidas las muelas por herramientas conocidas como piedras o bloques de granos abrasivos extrafinos.
Todas las máquinas comentadas deben ir provistas de dispositivos de seguridad (carcasas, pantallas…etc.) que protejan a los operarios de proyecciones de material o rotura de las muelas. También irán dispuestas de un sistema de refrigeración intensa que evite el calentamiento durante el trabajo, tanto de la muela como de la pieza.