“OPERACIONES DE MAQUINADO Y ACABADO CON ABRASIVOS”

MATERIALES II Instituto Balseiro Marcos Pérez 1. INTRODUCCIÓN Muchas partes, como por ejemplo levas, rodamientos de bolas y rodillos, pistones, válvulas, cilindros, engranajes, herramientas de corte y matrices, así como componentes de precisión de instrumentos, requieren de una gran exactitud dimensional y un acabado superficial muy fino. Además generalmente las características del material hacen que no puedan cumplirse estos requisitos con los medios básicos de fabricación. En la figura siguiente se muestra un esquema de los factores que justifican un tratamiento posterior de superficies, donde se observan las irregularidades comunes de los procesos básicos de conformado.

Figura 1. Esquema de la textura superficial de un material y su rugosidad.

La tabla siguiente muestra el grado de irregularidad asociado a los procesos de conformado más comunes:

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Figura 2. Rugosidades asociadas a los distintos procesos.

Uno de los mejores métodos para producir estas partes es por maquinado abrasivo. 2. ABRASIVOS 2.1 Características Un abrasivo es una partícula dura, pequeña y no metálica y que tiene aristas agudas y forma irregular, a diferencia de las herramientas de corte comunes. Los abrasivos son capaces de remover pequeñas cantidades de material de una superficie mediante un proceso de corte que produce virutas diminutas. Por lo tanto, permite remover pequeñas cantidades de material y lograr exactitudes dimensionales superiores. Entre los abrasivos aglomerados que usamos en la vida cotidiana se encuentran las piedras, o muelas de esmeril para afilar cuchillos, o las lijas para alisar superficies y aristas agudas. Por ser duros, los abrasivos se utilizan también en procesos de acabado para partes muy duras o con tratamiento térmico, por ejemplo, para dar forma a materiales no metálicos tales como cerámicos y vidrios, para quitar salpicaduras y cordones de soldadura, cortar tramos de perfiles estructurales y barras, mampostería y concreto, y para limpiar paredes con chorro de agua o aire que contenga partículas abrasivas. Además de la dureza, una característica importante es la friabilidad, que es la facilidad con que los granos abrasivos se fracturan (se rompen) y forman piezas más pequeñas. Esta propiedad es la base de las características de autoafilamiento de los abrasivos, esencial para mantener la abrasividad durante su uso. Una gran friabilidad indica baja resistencia mecánica o a la fractura del abrasivo, por lo que un grano de abrasivo muy friable se fragmenta con mucha más rapidez durante los procesos de rectificado que uno poco friable. Por ejemplo: el óxido de aluminio es más friable que el carburo de silicio. 2.2 Tipos de abrasivos Los abrasivos utilizados con mayor frecuencia en los procesos de manufactura son: Abrasivos convencionales a. Óxido de Aluminio (Al2O3) b. Carburo de silicio (SiC)

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Superabrasivos c. Nitruro de boro cúbico (cBN) d. Diamante Estos abrasivos son mucho más duros que los materiales convencionales de las herramientas de corte. Además, existen los abrasivos naturales, que son los que se encuentran en la naturaleza, como por ejemplo: el esmeril, corindón (alúmina), el cuarzo, granate y diamante. Estos abrasivos naturales contienen en general cantidades desconocidas de impurezas y sus propiedades no son uniformes y por lo tanto, no aportan un comportamiento confiable ni consistente. Por ello, los abrasivos más utilizados son los que se producen en forma sintética. A continuación, se hace una breve descripción de los mismos: a. Óxido de Aluminio La alúmina en su forma natural se conoce como corindón, y se utiliza como esmeril. Sin embargo, su desconocida impureza la hace no confiable e inconsistente para los trabajo de manufactura, y por lo tanto, el óxido de aluminio se manufactura siempre sintético para controlar su calidad.

Figura 3.Óxido de aluminio.

El óxido de aluminio sintético se fabricó por primera vez en 1893 y se obtiene por la fusión de la bauxita fundida (mineral que contiene predominantemente Al2O3) con limaduras de hierro y coque en hornos eléctricos. El producto enfriado luego se tritura y se clasifica por tamaños, haciéndose pasar por mallas estándar. Los óxidos de aluminio se dividen en dos grupos: •

Óxidos de aluminio fundido, que a su vez se clasifican en: oscuros (menos friables), blancos (muy friables) y monocristalinos.

•

Óxidos de aluminio no fundido, que pueden ser mucho más puros que la alúmina fundida, y su forma más pura (libre de imperfecciones) es el gel sembrado. Este gel sembrado tiene un tamaño de partícula de 0.2µm, mucho menor que los granos de abrasivo comunes. Estas partículas se sinterizan para obtener tamaños mayores. Por su dureza y friabilidad relativamente alta, los geles sembrados mantienen su filo y se usan para materiales difíciles de rectificar.

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b. Carburo de silicio Tiene buena resistencia al desgaste, al choque térmico y a la corrosión. Se fabrica con arena de sílice, coque de petróleo y pequeñas cantidades de cloruro de sodio. Se dividen en negros (menos friables) y verdes (más friables), y en general tienen más friabilidad que los óxidos de aluminio; por consiguiente mayor tendencia a fracturarse y mantenerse afilados.

Figura 4. Carburo de silicio.

c. Nitruro de boro cúbico Es la sustancia más dura conocida después del diamante. No se encuentra en la naturaleza; se fabricó sintéticamente en 1970. d. Diamante La segunda forma principal del carbono es el diamante, que tiene una estructura enlazada covalentemente. Es la sustancia más dura conocida. El diamante es frágil, y se empieza a descomponer en el aire a aproximadamente 700ºC; en entornos no oxidantes, resiste grandes temperaturas.

Figura 5.Diamante utilizado en herramientas de corte. Se observa la utilización del mínimo volumen posible de material.

El diamante sintético o industrial se fabrica sometiendo el grafito a una presión hidrostática de 14 GPa y una temperatura de 3000ºC. El diamante sintético es idéntico al natural pero tiene propiedades superiores dado que carece de impurezas. Está disponible en varios tamaños y formas; para el maquinado abrasivo, el tamaño de grano más común es el de 0.01 mm de diámetro. Las partículas de diamante también pueden ser recubiertas con níquel, cromo o titanio para un mejor rendimiento en las operaciones de esmerilado. 2.3 Tamaño de grano Los tamaños de grano son en general muy pequeños en comparación con el tamaño de las herramientas de corte y los insertos. También tienen aristas agudas que permiten la

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remoción de cantidades muy pequeñas de material de la superficie de la pieza. En consecuencia, se pueden obtener acabado superficial muy fino y gran exactitud dimensional. El tamaño de grano abrasivo se identifica por su número de grano, que es una función del tamaño de malla; mientras menor sea el tamaño de malla, mayor será el tamaño de grano (10 grueso, 100 fino, 1000 muy fino). El tamaño y forma de grano es un factor que afecta a la friabilidad de la piedra. 3 ABRASIVOS AGLOMERADOS Para lograr el trabajo mancomunado de todos los granos de modo de lograr rapideces altas de remoción, los granos se aglomeran conformando lo que se llama piedras abrasivas, piedras de rectificar, de esmeril o muela.

Figura 6. (a) esquema de abrasivos aglomerados. (b) Imagen real en microscopio.

Las piedras se mantienen unidas mediante un aglomerante que funciona como poste o liga de soporte entre los granos. En los abrasivos aglomerados es esencial la porosidad, para tener huecos para las virutas que se producen, y para ayudar al enfriamiento; de otro modo, las virutas interferirían en el proceso de rectificado. Es imposible utilizar una piedra abrasiva que no tenga porosidad, que esté totalmente densa o maciza. Las figuras 7a y 7b muestran las piedras de uso más común para abrasivos convencionales y para superabrasivos. Como estos últimos tienen un costo muy elevado.

Figura 7a. Formas de abrasivos comerciales.

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Figura 7b. Otras formas de abrasivos.

Los abrasivos aglomerados tienen una marca con sistema normalizado de letras y números, que indica la clase de abrasivo, el tamaño de grano, el grado, la estructura y el tipo de aglomerante.

Figura 8.Ejemplo de designación de un abrasivo aglomerado.

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4 TIPOS DE AGLOMERANTE Los tipos más comunes de aglomerante se describen a continuación: a. Vitrificados. Son esencialmente vidrios, también llamados aglomerantes cerámicos. Es el aglomerante más común y su uso está muy extendido. Las materias primas son feldespato y caolines. Se mezclan con los abrasivos, se humedecen y se moldean a presión, en la forma de las piedras abrasivas. Estos productos luego se hornean a temperaturas de 1250º C para fundir el vidrio y desarrollar resistencia estructural. A continuación se enfrían con lentitud para evitar fracturas térmicas, se inspecciona su calidad y exactitud dimensional. Las piedras con aglomerados vitrificados son resistentes, rígidas, porosas y resistentes a los aceites, ácidos y agua. Son frágiles y carecen de resistencia a los choques mecánico y térmico, pero también se consiguen con placas o copas de respaldo de acero para tener mejor soporte estructural en su empleo. Se puede modificar el color de la piedra con diversos elementos durante su fabricación. b. Resinoides. Son resinas termofijas. Como el adhesivo es un compuesto orgánico, se les llama también piedras orgánicas. La técnica básica de fabricación consiste en mezclar el abrasivo con resinas fenólicas líquidas o en polvo, y aditivos; la mezcla se prensa para llegar a la forma de la piedra, y se cura a temperaturas de 175º C. Las piedras resinoides son más flexibles que las vitrificadas. Se usan mucho las piedras reforzadas, en las que una o más capas de colcha de fibra de vidrio de diversos tamaños de malla suministran el refuerzo. Su efecto es retardar la desintegración de la piedra en caso de que se rompa por algún motivo. c. Hule. Es el aglomerante más flexible utilizado en piedras abrasivas. Se fabrica mezclando hule crudo, azufre y los granos de abrasivo, laminando la mezcla, cortando círculos y calentando a presión, para vulcanizar el hule. d. Aglomerantes metálicos. Mediante técnicas de metalurgia de polvos, los granos de abrasivo (por lo general superabrasivos) se pegan a la periferia de una rueda metálica que hace de núcleo, a profundidades de 6mm o menos. La adhesión metálica se hace bajo alta presión y temperatura. La rueda (el núcleo) puede ser de acero, aluminio, bronce, cerámica o materiales compuestos. e. Otros aglomerantes. También hay otros aglomerantes como los de silicato, goma laca y oxicloruro, con usos más limitados y, por supuesto, nuevas tecnologías en desarrollo. 5 GRADO Y ESTRUCTURA DE LA PIEDRA El grado es una medida de la resistencia del adhesivo; incluye tanto el tipo como la cantidad de aglomerante en la piedra. La estructura es una medida de la porosidad. La estructura de las piedras varía desde densa hasta abierta. 6 EL PROCESO DE RECTIFICADO El rectificado es un proceso de remoción de virutas que utiliza un grano abrasivo individual como herramienta de corte. Las principales diferencias entre las acciones de grano y de herramienta de una punta son las siguientes: Página 7 de 24

1. Los granos abrasivos individuales tienen formas irregulares y están a distancias aleatorias en la periferia de la piedra. 2. El ángulo promedio de ataque de los granos es muy negativo, como por ejemplo – 60º o menos, lo que hace que las virutas del material sufran una deformación mayor que en los otros procesos de corte. 3. Las posiciones radiales de los granos varían. 4. Las velocidades de corte son, en general, muy altas, del orden de 30 m/s.

Figura 9. Esquema de la acción de un grano abrasivo. Nótese el ángulo de ataque negativo y la formación de una cara de desgaste.

La figura 10 esquematiza los parámetros básicos del proceso de rectificado, que en este ejemplo ilustra el rectificado plano: una piedra abrasiva de diámetro D quita material a una profundidad d. La piedra se mueve con una velocidad tangencial V, mientras que la pieza se mueve a una velocidad v. Cada grano de la piedra arranca una viruta de espesor no deformado t y de longitud no deformada l.

Figura 10.Parámetros del proceso de rectificado.

7 FUERZAS EN EL RECTIFICADO Conocer las fuerzas que actúan sobre el rectificado es importante por muchas razones: (1) para estimar los requerimientos de potencia, (2) para diseñar las rectificadoras, (3) para conocer las flexiones que puede experimentar la pieza y la rectificadora, y (4) para el diseño de los soportes y sujetadores de pieza. A su vez, conocer las deformaciones es muy importante para lograr la exactitud dimensional del proceso.

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Se supone que la fuerza de corte en el grano es proporcional al área transversal de la viruta no deformada. Entonces, la fuerza de grano (fuerza tangencial de la piedra) es proporcional a las variables del proceso de la siguiente manera: Fuerza de grano α

 v  V 

d   x (resistencia del material) D 

La energía disipada al producir una viruta en rectificado está constituida por la necesaria para: 1. Formación de virutas 2. Rayado, con los levantamientos o surcos que se producen en el material (ver figura 11) 3. Fricción causada por frotamiento del grano a lo largo de la superficie

Figura 11.Topología de una superficie durante el arranque de viruta..

8 TEMPERATURA EN EL RECTIFICADO El aumento de temperatura durante el rectificado puede afectar en forma adversa las propiedades de la superficie y causar esfuerzos residuales en la pieza. Los gradientes de temperatura producen distorsiones por diferencias de dilatación y contracción, y cuando el calor del rectificado se transfiere a la pieza se hace dificultoso controlar la exactitud dimensional del acabado. El aumento de temperatura superficial se relaciona con las variables del proceso de la siguiente manera: Aumento de temperatura α

D

1/ 4

d

3/ 4

 v   V

1/ 2

Obsérvese que el factor que más influye en el aumento de temperatura es la profundidad del rectificado. Las temperaturas máximas en el rectificado pueden llegar a 1600º C. El tiempo que se tarda en formar una viruta es del orden de los microsegundos. Por lo tanto, la viruta se podrá fundir o no. Como las virutas se llevan gran parte del calor generado, sólo una fracción del calor producido pasa a la pieza.

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Chispas. Las chispas producidas son virutas que se encienden, resultado de la reacción exotérmica entre las virutas y el oxígeno de la atmósfera. El color, intensidad y forma de las chispas dependen de la composición del metal que se rectifica, y hay tablas que ayudan a identificar el tipo de metal en función del aspecto de sus chispas. Si el calor de la reacción es suficientemente largo, las virutas pueden fundirse y, debido a la tensión superficial, adquirir forma esférica. Revenido. Un aumento de temperatura excesivo puede provocar el revenido y reblandecimiento de la pieza. Una forma de controlarlo es con fluido de rectificado. Quemado. Un aumento excesivo puede producir el quemado de la superficie. El mismo se caracteriza por un color azulado, indicación de que la temperatura causó oxidación. Agrietamiento térmico. Las distorsiones causadas por los gradientes de temperatura pueden generar el agrietamiento superficial de la pieza. Las piezas aparecen en las direcciones perpendiculares a la dirección de rectificado. En casos severos, aparecen en direcciones paralelas. 9 ESFUERZOS RESIDUALES El desgaste de la piedra produce resultados adversos en la forma y precisión dimensional de las superficies rectificadas, y también en el consumo de energía del proceso. Se produce por tres mecanismos: Desgaste por rozamiento de grano. Los filos cortantes de un grano originalmente afilados se vuelven lisos por rozamiento, y desarrollan una cara de desgaste. El desgaste se debe a la interacción del grano con el material de la pieza e implica reacciones físicas y químicas, donde intervienen la difusión, el degradamiento o descomposición química del grano, la fractura a escala microscópica, la deformación plástica y la fusión. La intensidad del desgaste depende de la reactividad del grano con la pieza. Si ambos materiales son químicamente inertes entonces el desgaste será mucho menor. Fractura de grano. En el caso óptimo, el grano se debe fracturar o fragmentar con una rapidez moderada, para que se produzcan nuevas aristas en forma continua durante el rectificado, y el filo se vaya renovando. Para ello, la friabilidad de los granos, su capacidad de autoafilamiento, es muy importante. Porque si la cara de desgaste es demasiado grande, el rectificado se hace ineficiente. Fractura del aglomerante. Si el aglomerante es demasiado fuerte, los granos desafilados no se pueden desprender. Esto evita que otros granos afilados en la circunferencia de la piedra toquen la pieza, y el rectificado se hace ineficiente. Por otra parte, si el aglomerante es demasiado débil, los granos se desprenden con facilidad y aumenta la rapidez del desgaste de la piedra. 10 AFILADO, AJUSTE Y CONFORMADO DE LAS PIEDRAS El afilado es el proceso de producir aristas filosas nuevas en los granos, acondicionar los granos gastados de una piedra (acondicionamiento) y el ajuste (producción de un círculo verdadero) de una piedra sin redondez. Un problema común de las piedras es cuando se tapan, es decir, cuando la viruta llena las porosidades abrasivas de la piedra, y esto produce un desempeño posterior ineficiente. Esto también debe corregirse.

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12 MÉTODOS Y MÁQUINAS DE RECTIFICADO Las operaciones de rectificado se realizan para una gran diversidad de configuraciones de piedra y geometrías. La selección del proceso de rectificado para una aplicación particular depende de la forma y el tamaño de la parte, facilidad de sujeción y producción requerida. Los métodos más comunes de rectificado son: plano, cilíndrico, sin centros e interno. 12.1 RECTIFICADO PLANO Implica rectificar superficies planas, y es uno de los métodos más comunes. La pieza se asegura en un plato magnético, o con tornillos de banco, soportes especiales, platos al vacío o con cintas adhesivas de doble cara. Existen rectificadoras de eje horizontal y de eje vertical. En las primeras, una piedra recta se monta a un eje horizontal. La figura 12a muestra el esquema de una máquina de rectificado horizontal, y la figura 12b muestra la zona de acción de rectificado.

Figura 12a. Esquema de una máquina de rectificado horizontal.

Figura 12b. Esquema de una máquina que muestra la forma de trabajo de la piedral.

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Las rectificadoras horizontales pueden realizar dos tipos de operaciones: 1. Rectificado transversal: cuando la mesa va y viene en sentido longitudinal y avanza lateralmente después de cada viaje.

Figura 13. Rectificado transversal en distintas geometrías.

2. Rectificado de penetración: cuando la piedra avanza radialmente hacia la pieza, como cuando se rectifica una ranura.

Figura 14. Rectificado de penetración.

Además de estas, están las rectificadoras de eje vertical y con mesa giratoria, que se utilizan para rectificar varias superficies a la vez y se muestran, respectivamente, en las figuras 15 y 16.

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Figura 15. Rectificadora de eje vertical.

Figura 16. Rectificadora de mesa giratoria para rectificar varias superficies a la vez.

12.2 RECTIFICADO CILÍNDRICO También llamado rectificado con centros. Se rectifican las superficies externas y escalones cilíndricos de las piezas. Entre las aplicaciones más comunes están: muñones de cigüeñales, ejes, pernos, pistas de rodamiento y rodillos para laminadora.

Figura 17.Esquema de rectificado con centros.

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La pieza se sujeta entre los centros, o con mordazas o en un plato. Para superficies cilíndricas rectas, el ejes de rotación de la pieza a rectificar y de la piedra son paralelos. Ambas se mueven con motores separados para girar a distintas velocidades. La pieza giratoria va y viene a lo largo de su eje. Cuando la pieza a rectificar es demasiado grande, la piedra es la que se desplaza y se llaman rectificadoras de rodillos. Las rectificadoras cilíndricas se caracterizan por el diámetro y longitud máxima de la pieza que pueden rectificar. En las rectificadoras universales los ejes, tanto de la pieza como de la piedra, se pueden mover y rotar respecto de un eje vertical, pudiéndose adaptar para rectificar conos y otras formas. También se diseñan piedras especiales para rectificar formas más específicas, como muestra la figura.

Figura 18.Esquema de distintas formas de piedra para adaptarse a distintas geometrías de superficie.

Rectificadoras modernas con funciones de control por computadora, permiten rectificar superficies no cilíndricas, como levas, girando las piezas. Las rpm del eje de la pieza se sincroniza de modo tal que la distancia radial entre la pieza y los ejes de la piedra varíen en forma continua, para producir la forma específica que se trabaja.

Figura 19.Rectificado de superficies no cilíndricas.

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El rectificado de roscas se hacen en la rectificadora cilíndrica, con piedras afiladas especialmente, que coinciden con las formas de las roscas, y también con rectificadoras sin centros. Aunque son costosas, las roscas obtenidas por rectificado son más exactas que las obtenidas por cualquier otro método de manufactura, y tienen una terminación más fina. Se sincronizan los movimientos de la pieza y de la roca para obtener la rosca en más o menos seis pasadas.

Figura 18.Rectificado de roscas.

12.3 RECTIFICADO INTERNO Se rectifica el interior de la parte con una piedra pequeña, como en el caso de los bujes y pistas de rodamiento. También se pueden rectificar canales internos, moviendo la piedra radial hacia la pieza, y también se puede inclinar la pieza para rectificar interiores cónicos. 12.4 RECTIFICADO SIN CENTROS El rectificado sin centros se utiliza para procesos de fabricación a gran escala y en serie, donde se rectifican piezas cilíndricas en forma continua. En el proceso, la pieza no se sujeta entre puntos o centros, sino mediante una cuchilla o filo sobre el que se apoya.

Figura 19.Esquema de rectificado sin centros.

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Figura 20.La piedra directriz o guía se inclina para producir el avance horizontal de la pieza que se rectifica..

Partes características que se fabrican con estos métodos son: rodamientos de rodillos, pernos de pistón, válvulas de motor, levas y componentes parecidos. En este proceso se requiere de poca destreza por parte del operador. Se pueden rectificar partes hasta de 0.1mm de diámetro. Son capaces de desarrollar velocidades superficiales de la piedra de hasta 10,000 m/min.

Figura 21.Imagen de una máquina de rectificado sin centros en operaticón.

12.5 OTRAS RECTIFICADORAS •

Rectificadoras universales para herramientas y fresas:

•

Rectificadoras de torno:

•

Esmeriles con bastidor pendular:

•

Esmeriles de banco:

12.6 ESMERILADO DE AVANCE Tradicionalmente se asocia el rectificado con pequeñas velocidades de remoción de material y con operaciones de acabado. Sin embargo, el desgaste abrasivo también se

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utiliza para operaciones de remoción de grandes cantidades de material a gran escala, que es lo que se llama esmerilado. En el esmerilado de avance deslizante, la profundidad de corte es de hasta 6mm y la velocidad de la pieza es baja. Las piedras son casi siempre aglomeradas con resinas, de grados suaves y estructuras abiertas, para mantener bajas las temperaturas. Las máquinas para este esmerilado tienen diseños especiales, potencias de hasta 225kW, gran rigidez (por las fuerzas producidas para penetración y remoción de gran cantidad de material), capacidad de amortiguamiento elevada, velocidades variables de eje, y gran capacidad para fluidos de esmerilado.

Figura 22.Esmerilado de avance.

Su economía general y posición de competencia respecto de otros procesos de remoción, la hacen una opción viable. Como la piedra se afila en la forma de la pieza que se va a producir, esa pieza no necesita haberse fresado, conformado ni brochado antes. En general con una pasada es suficiente, pero a veces se requiere de una más para un mejor terminado superficial. 13 REMOCIÓN DE GRAN CANTIDAD DE MATERIAL POR RECTIFICADO Si se aumentan los parámetros del proceso, se puede utilizar el rectificado para remover grandes cantidades de material. El proceso puede ser económico para aplicaciones específicas. En esta operación, el acabado superficial tiene importancia secundaria, y la piedra de esmeril se utiliza a toda su capacidad para lograr un costo mínimo por pieza. Las tolerancias dimensionales de este proceso, son del mismo orden que las asociadas a otros procesos de maquinado. 14 VIBRACIONES EN EL PROCESO DE RECTIFICADO Las vibraciones durante el proceso del rectificado pueden dar lugar a efectos indeseados en lo que hace a la terminación de la pieza, ya que produce marcas indeseadas e irregularidades en la superficie y desgaste de componentes de la máquina. Causas comunes de vibración pueden deberse a la máquina de rectificado, como en el caso de vibraciones en los cojinetes, ejes, al uso de piedras desbalanceadas, o también a causas externas, como ser otras máquinas instaladas cerca. Las variables importantes en el estudio de las vibraciones son: la rigidez de la máquina herramienta, la rigidez de los soportes y sujetadores de la pieza, y el amortiguamiento. Otros factores exclusivos son: la falta de uniformidad de la piedra, el desgaste disparejo de la misma y las técnicas de afilado que se empleen.

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Entre los lineamientos generales para reducir estos efectos están: (1) el uso de piedras de grado más suave, (2) afilarlas con frecuencia, (3) cambiar las técnicas de afilado, (4) reducir la rapidez de remoción del material, y (5) soportar rígidamente la pieza. 15 SEGURIDAD EN EL RECTIFICADO Las piedras de esmeril y de rectificado son frágiles y giran a muy altas velocidades. Por lo tanto, es importante tomar las precauciones adecuadas durante su uso. Además, los daños a una piedra pueden reducir mucho su velocidad de explosión o de desintegración que se define como aquella velocidad a la cual la piedra se desintegraría por fuerzas centrífugas. Algunas cosas básicas a tener en cuenta son: 1. Apegarse a los procedimientos, avisos e instrucciones impresos en las etiquetas de las piedras. 2. Montar las piedras en los ejes correctos para que no estén ni forzadas ni flojas. 3. Las piedras deben estar balanceadas. 4. Deben protegerse de los extremos en el ambiente (alta temperatura o humedad) 5. Las piedras abrasivas se deben usar de acuerdo con sus especificaciones y velocidades máximas de operción. 16 FLUIDOS DE RECTIFICADO Aunque el rectificado puede efectuarse en seco, es conveniente el uso de un fluido de rectificado, porque disminuye las temperaturas y mejora las características de acabado superficial y exactitud dimensional. Los fluidos de rectificado son normalmente emulsiones acuosas para el rectificado general, y aceites para el rectificado en roscas. El mismo puede aplicarse en forma de líquido o en forma de niebla (aire + líquido). Ésta última presenta dificultades para llegar a la interfase pieza/piedra, por lo que debe aplicarse con una tobera diseñada para inyectarlo a alta presión. Los líquidos suelen levantar altas temperaturas al extraer el calor. Para mantener la temperatura uniforme lo más conveniente es hacerlo circular. Entre los aspectos más importantes para la selección del fluido están: aspectos biológicos y ecológicos, el desecho, tratamiento y reciclado. Para cada material en particular, existen recomendaciones de fluidos para rectificado, como muestra la siguiente tabla:

Tabla 1. Elección del fluido de rectificado.

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CONSIDERACIONES DE DISEÑO EN EL RECTIFICADO Se debe dar especial atención a los puntos: 1. Las partes a rectificar deben diseñarse de tal modo que se puedan sujetar con firmeza, sea entre mordazas, mesas magnéticas o soportes y sujetadores adecuados. 2. Si se requiere gran exactitud dimensional, deben evitarse las superficies interrumpidas, como orificios, que pueden causar vibraciones. 3. En el rectificado cilíndrico, las partes deben estar bien balanceadas, y deben evitarse los diseños largos y esbeltos, para reducir las flexiones al mínimo. 4. En el rectificado sin centro, se puede dificultar el trabajo con piezas cortas, por falta de soporte en la cuchilla. 5. Se deben simplificar los diseños que requieran rectificado exacto de forma, para evitar afilados frecuentes de piedra. 6. Se deben evitar los orificios profundos y pequeños, y los orificios ciegos que requieran rectificado interno. En general, el diseño debe requerir la remoción de una cantidad mínima de material en el rectificado (salvo en el esmerilado). Además, para mantener una buena exactitud dimensional, los diseños deben permitir que todo el rectificado se haga sin cambiar la posición de la pieza, en lo posible. Además, Las superficies de trabajo deben ubicarse por encima de toda obstrucción y deben ser sólidas y, preferentemente, abiertas.

Figura 23.Algunas consideraciones de diseño de la superficie de trabajo.

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Además de los descriptos hasta ahora, existen otros procedimientos de acabado superficial que emplean las piedras abrasivas. Estos procesos pueden tener influencia considerable en el costo de la pieza, y deben evaluarse adecuadamente. Abrasivos recubiertos Ejemplos comunes de estos son: los papeles de lija y de esmeril, con granos más puntiagudos que los que tienen las piedras abrasivas. La mayoría son de óxido de aluminio, y el resto son de carburo de silicio y de zirconia y alúmina. Los granos se depositan electrostáticamente sobre los materiales flexibles de respaldo, como papel, algodón, poliéster rayón, polinyton y diversas combinaciones de estos materiales. La matriz (recubrimiento) es de resinas. Se consiguen en forma de hojas, bandas y discos. La precisión depende del tamaño del grano utilizado. Se utilizan para dar forma final tanto a metales, especímenes metalográficos, como a maderas.

Figura 24.Abrasivo recubierto.

Ejemplo: lijado con banda. Uso para remoción rápida de material con buen acabado superficial. Ha llegado a ser un proceso importante de producción, llegando a sustituir al rectificado en algunos casos. Se usan números de grano del 16 al 1500. Las velocidades de banda están entre 700 y 1800m/min.

Figura 25.Formas comerciales.

Los abrasivos recubiertos convencionales tienen una distribución azarosa de los granos. Sin embargo, un desarrollo reciente, la microréplica, los abrasivos, en forma de diminutas pirámides de óxido de aluminio, se colocan en un orden predeterminado sobre la superficie de la banda. Se logra un desempeño más consistente y menores temperaturas. Página 20 de 24

Cepillos de alambre La pieza se asienta contra un cepillo de alambre redondo que gira a velocidades normales de 1300 a 1700 rpm. Las puntas de los alambres producen rayaduras longitudinales en la superficie de la pieza.

Figura 25.Ejemplos de cepillos de alambre.

Honeado Se usa principalmente para dar a los orificios un acabado superficial adecuado. La herramienta de asentar, la hona, consiste en un conjunto de abrasivos aglomerados llamados piedras que se montan sobre un mandril que gira en el agujero y aplica una fuerza radial con movimiento axial de vaivén. Esta acción produce un rayado cruzado. Las piedras se pueden ajustar radialmente para adaptarse a distintos tamaños de orificios.

Figura 26.Herramienta utilizada en el honeado.

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Figura 27.Proceso de honeado en la caja de cilindros de un motor.

La finura del acabado superficial se controla con el tipo y tamaño de abrasivo utilizado, la presión aplicada y la velocidad. Se utiliza un fluido para eliminar las virutas y mantener baja la temperatura. Lapeado Es una operación de acabado para piezas rectas o cilíndricas. La plancha de lapear es de hierro colado, cobre, cuero o tela. Las partículas abrasivas están embebidas en la misma o pueden ser arrastradas por lodo, según el caso. Las tolerancias dimensionales son del orden de ±0.0004mm y se pueden obtener usando abrasivos finos de tamaño de grano hasta 900. El acabado superficial llega a lisuras de 1µm.

Figura 28.Proceso de lapeado.

Pulido El pulido produce un acabado de superficie liso y lustroso. En este proceso intervienen dos mecanismos: a. Remoción abrasiva a escala fina. b. Suavizado y extendido de capas superficiales por calentamiento de fricción durante el pulido. La apariencia brillante de la superficie pulida se debe al efecto de extendido.

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El pulido se hace con discos o bandas de tela, recubiertos con polvo fino de óxido de aluminio o diamante. Pulido químico mecánico Es un proceso en el que una superficie químicamente reactiva se pule con lodo de cerámica en una solución de hidróxido de sodio. Electropulido El electrolito ataca las partes y picos sobresalientes de la pieza, con mayor rapidez que el resto de la superficie, dejando una superficie lisa. Procesos de pulido con campos magnéticos Pulido magnético en flotación. Se utiliza para pulir bolas cerámicas y rodillos de rodamiento. Un fluido magnético, conteniendo granos abrasivos y partículas ferromagnéticas en un medio portante (agua o querosene), llena una cámara dentro de un anillo de guía. Las bolas de cerámica están entre un eje de impulsión y un flotador. Los granos abrasivos, las bolas de cerámica y el flotador (de material no magnético) están suspendidos por el campo magnético. Las bolas se oprimen contra el eje de impulsión rotativo, y son pulidas por acción abrasiva. Las fuerzas que ejercen las partículas contra la bola son muy pequeñas y controlables, por lo que el pulido es muy fino. Abrillantado Es muy parecido al pulido, sólo que se realiza con partículas muy finas sobre discos suaves de tela o piel. El abrasivo se suministra externamente con un lápiz de compuesto abrasivo. DESBARBADO Las rebabas o barbas son montículos delgados que se forman en los bordes de una pieza debido al maquinado, al cizallado de láminas y en el recorte de forjas y piezas fundidas. Entre sus efectos perjudiciales están: interferir con el ensamble de las partes, ocasionar atascamientos de las mismas, desalineamientos, y cortocircuitos en componentes eléctricos. Además, pueden reducir la vida a la fatiga de los componentes. En forma tradicional, éstas se han quitado siempre manualmente, lo cual puede ocupar hasta un 10% del costo de la pieza. En general, la economía del desbarbado depende de del grado de desbarbado requerido, la complejidad de la parte y el lugar de las barbas, así como de la cantidad de las partes. Los procesos de desbarbado disponibles son: 1. Desbarbado manual, con limas y raquetas. 2. Desbarbado mecánico, cortando piezas.

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3. Cepillado de alambre o con cepillos rotatorios de nylon. 4. Bandas abrasivas. 5. Maquinado ultrasónico. 6. Electropulido. 7. Maquinado electroquímico. 8. Acabado abrasivo magnético. 9. Acabado vibratorio. 10. Chorro o soplado con abrasivos. 11. Maquinado con flujo abrasivo. 12. Energía térmica, con láseres o plasma.

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