Listado de procesos de maquinado no tradicional y de corte térmico
Procesos de energía mecánica
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Maquinado ultrasónico (ultrasonic (ultrasonic machining USM )
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Procesos de corte con chorro de agua, o maquinado hidrodinámico, en inglés
water jet cutting WJC ). ). En éste se puede agregar partículas partículas abrasivas cuando se cortan metales. •
Maquinado con chorro abrasivo, en inglés abrasive jet machining AJM
Procesos de maquinado electroquímico, electroquímico , en inglés electro Chemicals machining ECM
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Remoción electroquímica de virutas ECD ECD,, en inglés
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El esmerilado electroquímico, en inglés electro Chemical grinding ECG
Procesos de energía térmica
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Procesos con descarga eléctrica como la electroerosión por penetración conocido
por su sigla en inglés como EDM electro discharge machining, machining , y electroeros electroerosión ión con alambre. •
Maquinado con haz de electrones (EBM (EBM , siglas en inglés de electro beam
machining). machining ). •
Maquinado con haz láser, sigla de laser beam machining.
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Procesos de corte con arco eléctrico, como el corte con arco de plasma ( CUT,
plasma arc cutting). cutting). •
Corte con arco de carbono y aire
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Otros procesos de corte con arco como corte de metal con arco eléctrico y gas, el
corte con arco protegido, el corte con arco eléctrico por tungsteno y gas y el corte con arco de carbono, tecnologías similares a las de soldadura de arco, en las que el calor se utiliza para cortar. •
Procesos de corte con oxígeno y gas combustible
Maquinado químico, químico , conocido como CHM, chemical machining. machining. Utilizado en electrónica.
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Fresado químico
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Preformado químico
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Grabado quiímico
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Maquinado fotoquímico
Maquinado No Convencional Maquinado No Convencional TROQUELADO FOTOQUÍMICO Es una modificación del fresado químico y elmaterial se elimina de una lámina delgada yplana mediante mediante técnicas fotográficas. Posee la ventaja de poder troquelar formascomplicadas sin rebabas. Se utiliza para fabricar laminaciones de motoreseléctricos, mascarillas para televisión a color ypara grabar superficies. Los costos de herramienta son bajos, el proceso se puede automatizar automat izar y es económico para volúmenesmedia volúmenesmedianos nos a altos de producción. El inconveniente principal del troquelado químico son los desechosde los subproductos químicos. MAQUINADO QUÍMICO Este método se basa en que algunas sustancias como soluciones ácidas (para aceros) o alcalinas (para elaluminio) corroen al metal por disolución química y lequita pequeñas cantidades de material de susuperficie. No intervienen fuerzas ni herramientas. El maquinado químico se aplica en la industria paraeliminar capas superficiales de material en partesgrandes de aviones o cubiertas de misiles. También se utiliza para fabricar dispositivosm dispositivosmicroelectrónicos icroelectrónicos como tarjetas de circuito impreso o chips de microprocesadores microprocesadores.. este proceso tiene la característica c aracterística de que los costos de herramientas y equipos son bajos y es adecuado paracorridas cortas de producción. En el fresado químico se producen cavidadessuperficiales de hasta 12 mm sobre placas o láminascon el objetivo de reducir el peso total. El ataque es selectivo y se logra agregando capasremovibles (enmascaramiento (enmascaramiento con cintas, pinturas o plásticos) o por inmersión parcial del reactivo. Pasos Para el Maquinad Maquinadoo Químico . Desengrase . Chorreado . Aplicación de la mascara . Trazado (manual ( manual o laser) . Pelado de la mascara . Ataque de la Solución En el caso del titanio se trata de sumergir la pieza en una mezcla de ácido nítrico-fluorhídrico en presencia de
un tensoactivo a unos 400 ºC de temperatura. La pieza perderá masa a unos 0,02 mm/minuto. Las partes que no se desee atacar se pueden...
Maquinado Electroquimico Maquinado químico Este método se basa en que algunas sustancias como soluciones ácidas (para aceros) o alcalinas (para el aluminio) corroen al metal por disolución química y le quita pequeñas cantidades de material de su superficie. En la figura 1 se puede observar el esquema del proceso. Es importante notar que no intervienen fuerzas ni herramientas como si o curre en las técnicas convencionales. El maquinado químico se aplica en la industria aeroespacial para eliminar capas superficiales de material en partes grandes de aviones o cubiertas de misiles. También se utiliza para fabricar dispositivos microelectrónicos como tarjetas de circuito impreso o chips de microprocesadores. Este proceso tiene la característica de que los costos de herramientas y equipos son bajos y es adecuado para corridas cortas de producción. Maquinado electroquímico El principio de funcionamiento de esta técnica es el de electrodeposición invertida y se puede apreciar en la figura 2. Un electrolito (sal inorgánica muy conductora) funciona como portador de corriente y la gran rapidez de movimiento del electrolito en el espacio entre la herramienta y la pieza, arrastra y retira los iones metálicos de la pieza (ánodo) antes de que tengan oportunidad de depositarse sobre la herramienta (cátodo). La velocidad de penetración de la misma es proporcional a la densidad de corriente y no se afecta por la resistencia, dureza, o la tenacidad de la pieza. El maquinado electroquímico se utiliza en la industria aeroespacial, para la producción en masa de álabes de turbinas y partes de motor de reacción y toberas. Tiene las ventajas de no causar daños térmicos en la pieza, no produce desgaste de herramienta, y puede producir formas complicadas con cavidades profundas en materiales duros. En la actualidad existen centros de maquinados controlados numéricamente que logran la mayor rapidez de remoción de material entre todos los procesos no tradicionales de maquinado. Como desventaja, este método posee...
Procesos No Tradicionales De Maquinado Procesos No Tradicionales De Maquinado TEMA: Procesos NO tradicionales
CATEDRA: Procesos de manufactura Aunque la mayor parte del maquinado se realiza eliminando material en forma de viruta más o menos definidas, existen también otros tipos de procesos que ofrecen capacidades únicas. Estos métodos son los llamados: Procesos no tradicionales o no convencionales de maquinado. Estos procesos no usan un instrumento afilado de corte en el sentido convencional. Ellos se han usado como respuesta a los requerimientos nuevos y singulares que no pueden cumplirse mediante los métodos convencionales. Los maquinados no tradicionales se refieren a aquel grupo de procesos, los cuales remueven el exceso de material mediante diversas técnicas que incluyen la energía mecánica, térmica, eléctrica, o química (o combinación de ellas). Se clasifican de acuerdo con la forma principal de energía que usan para remover el material excedente. En esta clasificación hay cuatro tipos: Mecánicos: Se usa energía mecánica en alguna forma diferente a la acción de una herramienta de corte c onvencional, y se usa una acción de trabajo mediante una corriente de alta velocidad de abrasivos y fluidos. Eléctricos: Usan energía electroquímica para remover el material, el mecanismo es lo opuesto al chapeado. Térmicos: Usan energía térmica para cortar o dar forma a una parte del trabajo, y esa parte se remueve por vaporización del material. Esta energía es la conversión de la energía eléctrica. Químicos: La mayoría de los materiales (en especial los metales) son susceptibles a los ataques químicos por medios de ciertos ácidos y otras sustancias abrasivas. Veamos cuales son algunos de los procesos no tradicionales de maquinado. 1º Corte con chorro de agua (WJC). Este proceso en ingles WJC, usa una corriente fina de agua a alta presión y velocidad dirigida hacia la superficie de trabajo para producir un corte. También se emplea el nombre de “maquinado hidrodinámico”, pero el corte por chorro de agua es el término más... Maquinado con chorro de agua - Presentation Transcript
1. Díaz San Martin Michelle Gutiérrez García Jezareli Febronio Molina Omar Medina Hernández Lluvia Sánchez Méndez Isabel MAQUINADO CON CHORRO DE AGUA 2. INTRODUCCIÓN La mayoría de los procesos tradicionales de maquinado quitan material formando
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virutas, o lo hacen por abrasión. No obstante, existen numerosos casos en que estosprocesos no son satisfactorios o simplemente no son posibles por alguna de las siguientesrazones: • El material tiene dureza o resistencia muy elevada, o el mismo es demasiado frágil • La pieza es demasiado flexible o resulta difícil sujetar las partes • La forma de la pieza es compleja • El acabado superficial y la tolerancia dimensional son muy rigurosos • El aumento de la temperatura y los esfuerzos residuales en la pieza no son deseablesni aceptables. Dado que el uso de procesos avanzados de maquinado ofrece mayores ventajas técnicas y económicas que los convencionales, se procederá a describir el método avanzado del maquinado con chorro de agua. Jezareli Cortes con Chorro de Agua El corte con chorro de agua usa una corriente fina de agua a alta presión y velocidad dirigida hacia la superficie de trabajo para producir un corte. Para éste proceso también se utiliza el nombre maquinado hidrodinámico. El chorro funciona como una sierra y corta una ranura angosta en la pieza. 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 automoción, fibras de pañales e incluso los alimentos se pueden cortar solamente con agua a alta presión. En este caso solo utilizamos la energía cinética del agua para producir el corte Jezareli www.themegallery.com Para obtener un chorro fino de agua se utiliza una pequeña abertura de boquilla con diámetro de 0.1 a 0.4 mm. Para proporcionar al chorro una energía suficiente para poder cortar, se usan presiones hasta de 400 MPa y el chorro alcanza velocidades hasta de 900 m/s. en una bomba hidráulica que presuriza el fluído al nivel deseado. La unidad de boquilla consiste en un soporte hecho de acero inoxidable y una boquilla de zafiro, rubí o diamante. El diamante dura más, pero es el más costoso En el maquinado deben usarse sistemas de filtración para separar las virutas producidas durante el proceso. Los fluidos de corte en ese sistema son soluciones de polímeros, las cuales se prefieren debido a que tienden a producir una corriente coherente. Michelle Distancia de separación La distancia de separación es a distancia entre la boquilla y la superficie de trabajo. En general, se prefiere que esta distancia sea mínima para reducir la dispersión de la corriente del fluido antes de que golpee la superficie. Una distancia de separación normal es de 1/8 de In. (3.2 mm). El tamaño del orificio de la boquilla afecta la precisión del corte; las aberturas más pequeñas se usan para cortes más finos sobre materiales más delgados. Para cortar materia prima más gruesa se requieren corrientes de chorro más densas y mayores presiones. Esta tecnología permite la colocación de varias capas una encima de otra para cortarlas a la vez manteniendo las calidades de corte con cierta homogeneidad, aumentando así en gran medida la productividad del proceso. Omar www.themegallery.com Velocidad De Avance La velocidad de avance del corte se refiere a la velocidad a la que se mueve la boquilla a lo largo de la trayectoria de corte. La velocidad de avance típica varía desde 12 in/min (5mm/seg) hasta 1200 in/min (500mm/seg), dependiendo del material de trabajo y su grosor. Cuanto menor es el índice de mecanizabilidad, más lento se hace el corte, y cuanto mayor espesor también se reduce la velocidad de corte. Por lo general, se hace en forma automática usando un control numérico computarizado o robots industriales para manipulación de la unidad de boquilla a lo largo de la trayectoria deseada. Omar www.themegallery.com Aplicaciones Se usa en forma eficaz para obtener tiras de materia prima plana, como plásticos, textiles, materiales compuestos, mosaicos para pisos, alfombras, piel y cartulinas. Se han instalado celdas robóticas con boquillas para maquinado con chorro de agua ensambladas como herramienta de un robot para seguir patrones tridimencionales de corte irregular, por ejemplo para cortar y recortar tableros de automóvil antes del ensamble.
En estas aplicaciones, la ventaja es que la superficie de trabajo no se tritura ni quema como en otros procesos mecánicos o térmicos, en consecuencia, la pérdida de material es mínima porque la ranura de corte es estrecha, esto reduce la contaminación ambiental y existe la facilidad de automatizar el proceso usando controles numéricos o robots industriales. Una limitación es que no es conveniente para cortar materiales frágiles (por ejemplo, vidrio), porque tiende a resquebrajarlos durante el proceso. Lluvia 8. www.themegallery.com Beneficios Corta formas casi netas de prácticamente cualquier forma o complejidad de piezas Piezas de tipo producción cuando resultan críticoslos recortes bajo tolerancias estrictas y complejas Reduce el acabado secundario al proporcionar piezas casi netas sin una zona térmicamente afectada En el 90% de los casos las piezas cortadas por agua pueden tomarse como piezas terminadas. Isabel 9. www.themegallery.com Conclusión El maquinado con chorro de agua es un método no convencional especialmente para usos donde el calor ejemplo el papel, no es conveniente el uso de un plasma o laser, muy comúnmente usado para la industria alimenticia ya que es muy limpio y no deja residuos, además de la diversidad de formas complejas que se pueden realizar además de que las piezas casi no necesitan un re acabado final No convencionales
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Electroerosión, las máquinas de electroerosión desgastan el material mediante chispas eléctricas que van fundiendo partes minúsculas del mismo. Hay dos tipos de máquinas de electroerosión, las de electrodos, que realizan agujeros de la forma del electrodo o bien desgaste superficiales con la forma inversa de la que tiene el electrodo, hace grabaciones y las de hilo que, mediante la utilización de un hilo conductor del que saltan las chispas que desgastan el material, van cortando las pieza según convenga. En ambos casos durante todo el proceso, tanto el útil como la pieza están inmersos en un líquido no conductor. Arco de plasma, se utiliza un chorro de gas a gran temperatura y presión para el corte del material. Láser, en este caso es un potente y preciso rayo láser el que realiza el corte vaporizando el material a eliminar. Ultrasónica, haciendo vibrar un útil a velocidades ultrasónicas, por encima de los 20.000 Hz y utilizando un material abrasivo y agua se van realizando el mecanizado de la pieza por la fricción de las partículas abrasivas. Se usa para trabajar materiales muy duros como el vidrio y el diamante y las aleaciones de carburos.
Con la introducción de aparatos y materiales y materiales totalmente nuevos, en los recientes, se ha hecho necesario desarrollar nuevos métodos para el maquinado eficiente de materiales. Las piezas hechas con carburo cementado o con metales difíciles de maquinar se conformaban con el costoso proceso de esmerilado con ruedas de diamante. El maquinado electroquímico, maquinado por electro descarga y esmerilado
electrolítico son tres métodos perfeccionados hace pocos años. En todos ellos la remoción del metal se logra con algún tipo de descarga eléctrica. EN LA ACTUALIDAD SE HA HECHO NECESARIO DESARROLLAR NUEVOS MÉTODOS PARA EL MAQUINADO EFICIENTE DE MATERIALES. LAS PIEZAS HECHAS CON CARBURO CEMENTADO O CON METALES DIFÍCILES DE MAQUINAR SE CONFORMABAN CON EL COSTOSO PROCESO DE ESMERILADO CON RUEDAS DE DIAMANTE. EL MAQUINADO ELECTROQUÍMICO, MAQUINADO POR ELECTRO DESCARGA Y ESMERILADO ELECTROLÍTICO SON TRES MÉTODOS PERFECCIONADOS HACE POCOS AÑOS. EN TODOS ELLOS LA REMOCIÓN DEL METAL SE LOGRA CON ALGÚN TIPO DE DESCARGA ELÉCTRICA"
ESMERILADO ELECTROLÍTICO
El esmerilado electrolítico ha venido a facilitar mucho el maquinado de piezas de trabajo de metal delgado y frágil y las modernas aleaciones de la era espacial. En el esmerilado electrolítico, se remueve el material de la superficie de la pieza de trabajo con una combinación de la acción electroquímica y una rueda abrasiva con aglutinación metálica (en el proceso se remueve metal por una combinación de energía eléctrica y química). Alrededor del 90% del metal se desprende de la superficie de la pieza con la acción electroquímica y el 10% restante lo “barre” la rueda abrasiva. El proceso de esmerilado electrolítico es similar al de maquinado electroquímico. PROCESO DE ESMERILADO ELECTROLÍTICO
La rueda abrasiva, con aglutinación metálica y conductora de la electricidad, y la pieza de trabajo que también es conductora se conectan a un suministro de corriente continua y quedan separadas por las partículas abrasivas que sobresalen de la rueda. Se inyecta un electrólito en el espacio entre la rueda y la pieza de trabajo, que complementa la acción de desprendimiento que descompone el material de la pieza de trabajo (la solución electrolítica suele ser muy corrosiva: hay que proteger las piezas de la maquina contra la corrosion). Este material
desprendido se elimina con la acción de la rueda de abrasiva nunca hace contacto con la pieza de trabajo.
VENTAJAS DEL ESMERILADO ELECTROLÍTICO
El esmerilado electrolítico tiene muchas ventajas sobre los métodos convencionales. 1. Reduce los costos de las ruedas abrasivas; en especial las de diamante con aglutinación metálica porque solo remueve un 10% del material con la rueda. 2. Se elimina una elevada proporción del material en relación con el desgaste de la rueda. 3. No se genera calor durante el esmerilado durante el esmerilado; por lo tanto, la pieza no se quema ni sufre deformación. 4. No se producen rebabas, que se deban eliminar con operaciones adicionales. 5. Se pueden cortar piezas de trabajo delgadas y frágiles porque la rueda nunca toca la pieza de trabajo. 6. Se pueden esmerilar con rapidez y facilidad el carburo de tungsteno y las aleaciones superduras. 7. Se pueden cortar metales raros, como el circonio, berilio y otros, sin que importe su dureza, fragilidad o sensibilidad térmica. 8. No se crean esfuerzos en la pieza de trabajo. 9. No ocurre endurecimiento de la pieza de trabajo durante este proceso.
Publicado por Gustavo en 14:08 7 comentarios MAQUINADO POR ELECTRODESCARGA
El maquinado por electrodescarga (EDM) es un proceso para remoción de metal por la acción de una descarga eléctrica de corta duración y alta densidad de corriente (amperaje) entre las herramientas y la pieza de trabajo. El proceso EDM se podría comparar con un rayo diminuto que choca contra una superficie, crea un intenso calor local y funde la superficie de la pieza de trabajo. El maquinado por electrodescarga es de especial utilidad para maquinar las aleaciones súper duras y conductoras de la era espacial que abría sido muy difícil de trabajar con métodos convencionales. El EDM ha facilitado el corte de formas complejas, lo cual resultaría imposible con herramientas de corte convencionales.
PRINCIPIOS DEL EDM
El maquinado por electrodescarga (EDM) es un proceso para la remoción controlada de un metal, en el cual se usa una chispa para cortar o erosionar la pieza de trabajo, por medio de un electrodo que es la “herramienta” de corte.
El electrodo se hace con material conductor de electricidad, por lo general con carbón. Tanto el electrodo, que tiene la forma de cavidad requerida, como la pieza de trabajo se sumergen en un líquido dieléctrico que suele ser un aceite delgado. El liquido dieléctrico debe ser no conductor o mal conductor de la electricidad (para el maquinado por electrodescarga se requiere un electrodo (“herramienta”) conductor y un liquido dieléctrico no conductor). Un servomecanismo mantiene una separación de más o menos 0,001 pulgadas (0,002 milímetros) entre el electrodo y la pieza de trabajo para que no se toquen. Se aplica una corriente continua de bajo voltaje y alto amperaje al electrodo a razón de 20.000 impulsos eléctricos por segundo mediante un capacitor (condensador). Estos impulsos de corriente conducen chispas que saltan la abertura, entre el electrodo y la pieza de trabajo, a través del dieléctrico. En el sitio en donde choca la chispa se produce un calor intenso, se funde el metal y se desprende una partícula de metal de la superficie de la pieza de trabajo (el metal se remueve por la erosión de la chispa eléctrica). El liquido dieléctrico que está en circulación constante, arrastra las partículas erosionadas en el metal y también ayuda a disipar el calor ocasionado por la chispa. VENTAJAS DEL PROCESO EDM
El maquinado por la electrodescarga tiene muchas ventajas sobre los procesos convencionales. 1. Se puede cortar cualquier material conductor de electricidad cualquiera que sea su dureza. Es de especial utilidad para carburos cementados y las
nuevas aleaciones extra duras que son sumamente difíciles de cortar con metros convencionales. 2. Se pueden trabajar materiales endurecidos, con lo cual se elimina la deformación ocasionada por el proceso de endurecimiento. 3. Las brocas o machuelos rotos se pueden extraer con facilidad de las piezas de trabajo. 4. No produce esfuerzo en la pieza de trabajo porque el electrodo nunca hace contacto con ella. 5. Este proceso no deja rebabas. 6. Se pueden maquinar secciones delgadas y frágiles sin deformación. 7. Por lo general, se eliminan las operaciones secundarias de acabado en muchos tipos de piezas de trabajo. 8. Se pueden cortar formas complicadas en la pieza de trabajo que son imposibles de lograr con métodos convencionales. 9. Se pueden producir mejores troqueles y moldes a menor costo. 10. Se puede utilizar un dado o troquel de punzar para reproducir su forma en la placa de troquel correlativa y dejar la holgura necesaria. Publicado por Gustavo en 12:57 0 comentarios SÁBADO 4 DE JULIO DE 2009
MAQUINADO ELECTROQUIMICO
Maquinado electroquímico (ECM) difiere de las técnicas convencionales para cortes de metales en que se utilizan energía eléctrica y química como herramientas de corte. Con este proceso se remueve el metal con facilidad, sin que importe su dureza, y se caracteriza porque no deja virutas. La herramienta de corte es un electrodo fijo que tiene la forma de cavidad requerida en la pieza de trabajo; por lo tanto, se pueden producir formas escuadradas o difíciles de cortar. Además, el desgaste de la herramienta es insignificante porque nunca toca la pieza de trabajo. El maquinado electromecánico es adecuado para producir agujeros redondos pasantes, cuadrados pasantes, ciegos redondos o cuadrados, cavidades sencillas con lados rectos y paralelos y para operaciones de cepillo. Su utilidad es mucho mayor en metales cuya dureza es mayor de 42 rockwell C (400 Brinell). Con este proceso es difícil mantener aristas agudas, secciones inferiores planas o curvaturas exactas debido al ligero exceso de corte que produce. Una ventaja importante del ECM es que no se deforman las superficies y cantos de las piezas de trabajo y quedan libres de rebatas (El electrodo (“herramienta) nunca hace contacto con la pieza
de trabajo). EL PROCESO
Desde hace muchos años se han utilizado los balos galvanoplásticos o electrodeposición para aplicar un metal que está en solución en otro metal que se sumerge en el baño. Dado que el ECM surgió de este proceso es conveniente conocer el proceso de electrodeposición.
1. Se sumergen dos barras de metales desiguales en una solución de electrolito. 2. Se conecta una barra al conductor o terminal negativo de una fuente de corriente continua. La segunda barra se conecta a la terminal positiva. 3. Cuando se cierra el circuito circula corriente continua (CC) a través del electrolito entre las dos barras de metal. La reacción química produce la transferencia de metal de una barra a la otra. El maquinado electroquímico difiere de la electrodeposición en que una reacción electroquímica disuelve el metal de la pieza de trabajo en una solución de electrolito. Se pasa una corriente continua a través de una solución de electrolito entre el electrodo, que es la “herramienta” y tiene la forma de la cavidad deseada, que tiene carga negativa y la pieza de trabajo que tiene carga positiva. Esto ocasiona la remoción del metal delante del electrodo al avanzarlo hacia la pieza de trabajo. La reacción química ocasionada por la corriente continua en el electrolito disuelve el metal de la pieza de trabajo.
El electrodo para SM no es una simple varilla de metal, sino una herramienta de precisión aislada hecha a la forma y tamaño exactos necesarios y a lo largo del cual se hace pasar el electrolito.
El electrodo y la pieza de trabajo, aunque están separados apenas 0,002 a 0,003 pulgadas (0,005 a 0,007 milímetros) nunca se topan entre sí. La solución de electrolito esta en circulación constante y controlada y es conductora de la corriente (el electrolito suele ser una solución salina muy corrosiva). La corriente continua, a veces, puede ser de 10.000 A/pulgada2 (1550 A/centimetro2) según el material de la pieza: la cantidad de remoción del metal esta en proporción directa con la corriente que pasa entre el electrodo y la pieza de trabajo. Una corriente elevada producirá remoción rápida del metal y a la inversa con una corriente baja. VENTAJAS DEL ECM El maquinado electroquímico ha sido uno de los procesos para trabajar metales que ha permitido maquinar los de la era espacial. Algunas de sus características y ventajas son:
1. Se puede maquinar un metal de cualquier dureza. 2. No se genera calor durante el maquinado y, por lo tanto, no hay deformación de la pieza de trabajo. 3. En el ECM no hay rotación de la “herramienta”. 4. El desgaste del electrodo (herramienta) es insignificante porque nunca toca la pieza de trabajo. 5. Debido a que el electrodo nunca toca la pieza de trabajo se pueden maquinar secciones delgadas y frágiles sin deformación. 6. La pieza de trabajo queda libre de rebabas. 7. Es fácil producir piezas de trabajo, las formas complejas, cuyo maquinado es difícil con otros procesos. 8. El ECM es adecuado para trabajo de producción en donde hay que hacer agujeros o cavidades múltiples al mismo tiempo.
o necesario desarrollar nuevos métodos para el maquinado eficiente de materiales. Las piezas hechas con carburo cementado o con metales difíciles de maquinar se conformaban con el costoso proceso de esmerilado con ruedas de diamante. El maquinado electroquímico, maquinado por electro descarga y esmerilado electrolítico son tres métodos perfeccionados hace pocos años. En todos ellos la remoción del metal se logra con algún tipo de descarga eléctrica"
El mecanizado por ultrasonidos rotatorio y el mecanizado mixto fresado/láser El mercado actual exige el lanzamiento de productos cada vez más novedosos y competitivos, por lo que se necesita realizar un esfuerzo añadido para fabricar productos tecnológicos avanzados mediante procesos de fabricación “tradicionales”, lo que no siempre permite obtener el resultado esperado. Por otra parte, la introducción de “materiales avanzados” en sectores como la medicina, óptica, aerospacial o automoción está suponiendo un obligado desarrollo de procesos de fabricación alternativos para dar respuesta a las nuevas necesidades. El coste considerablemente superior de estas técnicas limita su uso exclusivamente a los casos en los que no se puedan emplear los métodos tradicionales. Etxeberria, I., Gonzalo, O., Vicario, I., Etxarri, I., Alberdi, G., Abasolo, U., Etxeberria, J., Lopez, P.
Los procesos no convencionales de mecanizado utilizan diversas fuentes de energía para la eliminación de material. Así, se puede hablar de procesos mecánicos como puede ser el caso del mecanizado por ultrasonidos, y procesos electrotérmicos como es el caso del mecanizado por haz láser. El mecanizado por ultrasonidos rotatorio ante el reto de los materiales duros y frágiles El creciente desarrollo de los materiales avanzados con propiedades superiores como alta dureza, gran resistencia mecánica al desgaste, baja densidad y resistencia a la abrasión a altas temperatura, como es el caso de las cerámicas técnicas, ha introducido la necesidad de su procesado. Sin embargo, el alto coste de mecanizado, que oscila entre el 30-60% e incluso el 90% del coste de producción, ha frenado claramente su expansión comercial. En este punto, cabe subrayar que sólo los comúnmente denominados procesos no convencionales de mecanizado, como el mecanizado por ultrasonidos rotatorio, pueden llegar a ser útiles, aparte de algún proceso abrasivo convencional. Para alcanzar este reto Tekniker ha adquirido un centro de mecanizado por ultrasonidos DMS 35 Ultrasonic de la casa Sauer integrada en Deckel Maho Gildemeister. Dicha máquina incorpora la tecnología RUM (Rotary Ultrasonic Machining) para el mecanizado de materiales duros y frágiles. El proceso del mecanizado por ultrasonidos rotatorio (Rotary Ultrasonic Machining-RUM) es un avance tecnológico del clásico mecanizado por ult rasonidos (Ultrasonic Machining-USM). Se basa en la eliminación de material mediante la combinación de giro y vibración en dirección axial de una herramienta, generalmente de diamante que, a su vez, se alimenta con una corriente internaexterna de fluido de corte. El término “ultrasonidos” es debido a que la vibración se produce a una frecuencia próxima a los 20kHz (vibra unas 20.000 veces por segundo), frecuencia que está en
el rango de los ultrasonidos. Se emplean regímenes de giro de entre 1000 y 6000rpm, y la vibración axial tiene unas pocas µm de amplitud (1-35µm).
El equipo disponible en Tekniker que incluye esta tecnología consta de los elementos básicos de toda máquina herramienta (control, cabezal, ejes, mesa, filtros…), pero además incorpora un elemento característico de este tipo de tecnologías, llamado transductor. El transductor, acoplado al cabezal, contiene una serie de piezoeléctricos que transforman la energía eléctrica de alta frecuencia en vibración mecánica a esa misma frecuencia. Esta vibración se transfiere desde el transductor hasta la herramienta (también conocida como horn). Así mismo, la máquina de Tekniker incorpora una serie de algoritmos de control que mejoran aún más la efectividad del proceso preservando la integridad de la herramienta y de la pieza; así, el control ADC (Adaptive Control) monitoriza el par y el ACC (Acoustic Control) monitoriza la fuerza en dirección axial. El ámbito de aplicación del RUM está dirigido fundamentalmente al mecanizado de materiales duros y frágiles como las cerámicas técnicas, los vidrios, metales endurecidos, Silicio, piedras preciosas, etc. Todo ello aplicado a: •
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Industria del automóvil: discos de freno, toberas de inyección, insertos de moldes de inyección…; en materiales como Nitruro de Silicio, Alúmina, metal duro, acero templado (55HRc)... Industria de los semiconductores: plaquitas (Wafer), elementos de refrigeración…en materiales como Silicio, Cuarzo Hialino… Industria óptica: lentes cóncavas y convexas, espejos…; en materiales como Zafiro, Silicio, Zerodur y vidrios varios. Industria médica: articulaciones, coronas dentales…; en materiales cerámicos varios como Zirconia, Alúmina… Varios: guías antidesgaste, pirometría, boquillas de soldadura, aisladores térmicos…; también en materiales cerámicos.
El término “ultrasonidos” es debido a que la vibración se produce a una frecuencia próxima a los 20kHz (vibra unas 20.000 veces por segundo), frecuencia que está en el rango de los ultrasonidos
Todas estas aplicaciones tienen un elemento en común: las superiores propiedades de alta dureza, resistencia mecánica al desgaste, baja densidad, resistencia a la abrasión a altas temperatura, capacidades ópticas, etc. Mediante RUM se pueden mecanizar geometrías que difícilmente podrían conseguirse con otros procesos de fabricación como por ejemplo agujeros de Ø0.5 y 10mm de profundidad en Silicio, roscado interior en metal duro calidad H6, etc.
Figura 4 Ejemplo de mecanizado de alúmina y roscado en vidrio óptico.
Dado que los procesos abrasivos como el rectificado procesan este tipo de materiales, se deben subrayar los avances que supone la tecnología RUM: •
Reducción de los esfuerzos de corte, de la carga 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 ultrasónico.
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La superposición de movimientos, 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, pudiéndose obtener superficies con rugosidades menores que 0.2 µm Ra hasta suprimir el pulido. El movimiento ultrasónico junto con el refrigerante interno y externo hace que la herramienta experimente un proceso de autolimpieza, evitando así el fenómeno de embotamiento y facilitando el regenerado de la misma. El proceso produce una capa superficial de tensiones residuales de compresión por lo que se aumenta la vida a fatiga. Se pueden tratar materiales duros y frágiles llevando a cabo pequeñas operaciones de corte, desde 0.5mm así como diversas operaciones en una sola máquina, a saber taladrado y fresado: agujeros de gran profundidad, contorneados, ranurados, planeados o superficies complejas.
Con todo ello, hay que concluir remarcando que el mecanizado por ultrasonidos rotatorio aparece como una clara solución para el procesado óptimo de materiales avanzados como cerámicas, metales endurecidos, vidrios, etc. Mecanizado mixto fresado/láser: tecnología que posibilita nuevos retos
En el ámbito de los nuevos sistemas de fabricación, para poder satisfacer las exigencias de fabricación en los diferentes sectores industriales, día a día se están estudiando y aplicando nuevas tecnologías y procesos. Una de las tecnologías en constante evolución y considerada como uno de los mayores exponentes en la fabricación avanzada es el mecanizado por láser ya que permite el mecanizado de formas complejas y de pequeño tamaño de todo tipo de materiales.A su vez, en el caso de los problemas concretos de piezas de geometría compleja y de reducido tamaño el uso de un proceso mixto “fresado/láser” abre posibilidades completamente nuevas en el mecanizado. El fresado aporta un elevado volumen de material eliminado, mientras el láser permite crear geometrías complejas, de reducido tamaño y en zonas poco accesibles. La necesidad de crear productos cada vez más precisos, y con un amplio rango de materiales, exige nuevas técnicas de procesado, para ir más allá de las actuales técnicas de procesado por arranque de viruta. Con el objetivo de alcanzar este reto, Tekniker dispone de una máquina fresadoraláser DMU60L del fabricante DECKEL MAHO, que además de ser una fresadora de alta velocidad con un husillo que puede alcanzar las 18.000 rpm, dispone de un cabezal láser de Nd:YAG de 100 Wattios. La máquina adquirida por Tekniker incorpora la tecnología del mecanizado por láser. Tekniker dispone de una máquina fresadora-láser DMU60L del fabricante DECKEL MAHO
Figura 5 Máquina DMU60l para mecanizado mixto fresado/láser.
Dicho centro de mecanizado incluye nuevas posibilidades en el mecanizado completo de las piezas más diversas. La innovadora combinación de las modernas tecnologías de fresado y láser permite mecanizar en una sola sujeción tanto desbastes de intenso arranque de viruta como acabados de filigrana. La tecnología mixta fresado/láser permite obtener la pieza acabada directamente del plano 3D, convirtiéndose en un proceso casi automático que en comparación con la fabricación convencional por electroerosión reduce los tiempos de mecanizado. La tecnología del mecanizado por láser posibilita el mecanizado de figuras y piezas de pequeñas dimensiones, permitiendo obtener esquinas vivas y agujeros de pequeño diámetro, es decir, formas geométricas que no es posible o es muy costoso obtener mediante procesos convencionales. El mecanizado por láser permite el procesado de casi todo tipo de materiales, independientemente de su dureza o maquinabilidad. Los resultados obtenidos varían de un material a otro debido a sus propiedades físicas, pero en principio no se encuentra el obstáculo de la dureza. Se pueden obtener piezas a partir de fotografías, es decir, partiendo de una imagen se consigue un proceso parecido al grabado (tal y como se aprecia en la figura 6).
Figura 6 Grabado obtenido a partir de una fotografía.
Es posible realizar texturizaciones de tamaño reducido, y obtener formas complejas que son mecanizados reales, y no grabados. La alta densidad de energía que se obtiene en el punto de enfoque del haz láser permite llevar a cabo el proceso de ablación, es decir, el material es vaporizado directamente. Por otra parte, al ser una fuente de 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. El valor del diámetro de haz en el punto de enfoque puede ser de 40 micras o de 100 micras. El láser, es una fuente de luz coherente de alta energía cuyo significado es Amplificación de luz por Emisión de Radiación Estimulada, que en inglés forman las siglas LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). El sistema láser principalmente consta de tres componentes: • • •
Un medio activo que en nuestro caso es un cristal de Nd:YAG. Un medio de excitación que en nuestro caso es una lámpara. La óptica del resonador.
En la máquina disponible en Tekniker el sistema láser consta de una lámpara de 6000W 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 láser que en comparación con la bombilla tiene propiedades direccionales, monocromáticas y coherentes, siendo su longitud de onda l=1.064 micras, y una potencia media de 100W. Este haz láser es reflejado al 100% por un espejo, y sólo parcialmente por otro espejo. El haz láser que no es reflejado es el que se utiliza para procesar el material. El haz láser esencialmente paralelo es fácil de transportar a largas distancias para llevarlo al sitio donde se necesita. En el área de procesado, el haz láser enfocado e n un punto pequeño está provisto de la energía necesaria para calentar, fundir o hasta evaporar metales.
El dispositivo Q-Switch permite aumentar la potencia del haz, siendo la frecuencia de trabajo entre 5 y 50 kHz. Al cerrar el Q-switch, se interrumpe la trayectoria del rayo en el resonador, no formándose ninguna onda estacionaria, por lo que no se genera ningún rayo láser. Ello implica que no se retira ninguna energía de la barra YAG, por lo que se acumula energía, obteniéndose picos de potencia de hasta 20kW. La obtención de los programas de mecanizado es semejante al del mecanizado por arranque de viruta. La aplicación LPSWin permite dibujar el volumen que se va a mecanizar, y crear estrategias de mecanizado con diferentes valores de los parámetros del proceso. La máquina permite mecanizar complejas figuras en 3D, siempre mecanizando capa a capa.
Figura 7 Proceso de creación de programas de mecanizado
La tecnología láser implica el control de múltiples parámetros de proceso, cuyo ajuste correcto es imprescindible a la hora de obtener buenas calidades de acabado, y mecanizados precisos.
Figura 8 Parámetros del proceso
El mecanizado por láser permite el procesado de casi todo tipo de materiales, independientemente de su dureza o maquinabilidad
Antes de empezar a mecanizar un componente, es necesario realizar una búsqueda de tecnología, lo que implica definir los parámetros adecuados para mecanizar un material concreto. Se ajustan los parámetros de frecuencia de apertura del QSwitch, y porcentaje de intensidad que se quiere tenga el haz. Ello implica que es
necesaria una búsqueda de tecnología continua, cada vez que se vaya a mecanizar un material nuevo o cambien las condiciones de mecanizado. El ajuste de dichos parámetros permite obtener una pieza en menor tiempo pero con peor acabado, o viceversa, obtener un buen acabado a costa del tiempo de mecanizado, tal y como se puede apreciar en la figura 9. (a) e=1µm, h=5µm: t=33’16’’ (b) e=3µm, h=20µm: t=6’06’’
Figura 9 Ejemplo de rugosidades
La tecnología láser tiene un ámbito de aplicación dirigido fundamentalmente al mecanizado de formas complejas de pequeño tamaño, como pueden ser los moldes de inyección de plástico que se aprecian en la siguiente figura.
Figura 10 Moldes de Aluminio para inyección de plástico.
Con todo ello, hay que concluir remarcando que el mecanizado mixto fresado láser aparece como una clara solución para el procesado óptimo de piezas precisas de pequeño tamaño, como son los moldes de inyección de plástico Maquinado Hidrodinámico El maquinado Hidrodinámico utiliza la fuerza debida al cambio de la cantidad de movimiento del chorro en operaciones de corte y desbarbado. El chorro funciona como una sierra y corta una ranura angosta en la pieza, También es conocido este proceso como "corte con chorro de agua" (en
inglés WJC) , debido a que usa una corriente fina de agua a alta presión y velocidad dirigida hacia la superficie de trabajo para producir un corte. También se emplea el nombre de maquinado hidrodinámico para este proceso, pero el corte por chorro de agua es el término de uso más frecuente en la industria. Para obtener una fina corriente de agua, se usa una pequeña abertura de boquilla de un diámetro de 0.004 a 0.016 In (0.1 a 0.4 mm). A fin de que la corriente tenga la energía suficiente para cortar se usan presiones hasta de 60 000 lb/in (400 Mpa), y el chorro alcanza velocidades hasta de 3000 pies/seg (900 m/seg). Una bomba hidráulica presuriza el fluido al nivel deseado. La unidad de boquilla consiste en un soporte y una boquilla de joya. El soporte está hecho de acero inoxidable y la boquilla de Zafiro, rubí o diamante. El diamante dura más, pero es el de mayor costo. En el WJC deben usarse sistemas de filtración para separar las virutas producidas durante el proceso. Los fluidos de corte en ese sistema son soluciones de polímeros, las cuales se prefieren debido a que tienden a producir una corriente coherente.
MAQUINADOS CON CHORRO ABRASIVO [pic] Cuando se usa un WJC sobre partes metálicas, por lo general deben agregarse partículas abrasivas a la corriente a chorro para facilitar el corte. Por tanto este proceso se denomina corte con chorro de agua abrasiva (en inglés AWJ). La incorporación de las partículas abrasivas al flujo complica el proceso porque aumenta la cantidad de parámetros que deben controlarse. Entre los parámetros de proceso adicionales están el tipo de abrasivo, el tamaño del esmeril y la velocidad de flujo. Entre los materiales abrasivos comunes están el óxido de aluminio, el dióxido de silicio y el granate (un mineral de silicato); los tamaños del esmeril varían entre 60 y 120. Las partículas abrasivas se agregan a la corriente de agua a aproximadamente 0.5 lb/min (.23 Kg/min) después de que salen de la boquilla para el WJC. Los parámetros de proceso restantes incluyen algunos que son comunes para el WJC; el diámetro de abertura de la boquilla, la presión del agua y la distancia de separación. Los diámetros del orificio de la boquilla varían de 0.010 a 0.0250 In (0.25 a 0.63 mm), este rango es más grande que en el WJC y permite que la corriente contenga velocidades de flujo más altas y mayor energía antes de la eyección de los abrasivos. Las presiones del agua son similares a las del WJC. Las distancias de separación son menores para reducir el efecto de la dispersión del fluido de corte, el cuál contiene partículas abrasivas en esta
etapa. Las distancias de separación comunes están entre una cuarta parte y la mitad de las que se usan en el WJC.
