Procesos Avanzados de Maquinado

12/10/2010

Tecnología Mecánica - Cód.: 335

1. INTROD INTRODUCC UCCIÓN IÓN Existen casos en que los procesos tradicionales de remoción de material por arranque de viruta no son satisfactorios, económicos o ni siquiera posibles, por las siguientes razones: La dureza y resistencia del material es muy alta o el material es muy frágil . La pieza es demasiado flexible, esbelta o delicada como para resistir los esfuerzos esfuerzos de corte. El acabado superficial y la tolerancia dimensional necesarios son más rigurosos que los que se obtienen con procesos convencionales. El aumento de temperatura y los esfuerzos residuales en la pieza no son aceptables. •

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2. MAQUINAD MAQUINADO O QUÍMICO QUÍMICO Este proceso se efectúa por disolución química, usando sustancias reactivas y ataque, y pueden ser soluciones ácidas o alcalinas. Algunos de los reactivos mas utilizados son: •

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Hidróxido de sodio (para el aluminio). Soluciones de ácido clorhídrico y nítrico (para los aceros). Soluciones de cloruro de hierro (para los aceros inoxidables).

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2. MAQUINAD MAQUINADO O QUÍMICO QUÍMICO El ataqu ataquee select selectivo ivo del reactiv reactivo o químic químico o sobre sobre difere diferente ntess áreas áreas de las superficies de la pieza se controla mediante capas removibles de material, denominado enmascaramiento.


2. MAQUINAD MAQUINADO O QUÍMICO QUÍMICO 2.1 Fresado Químico En el fresado químico se producen cavidades someras sobre placas, láminas, piezas forjadas y extrusiones, en general para reducir el peso total. Este proceso se aplica a gran variedad de metales, con profundidad de remoción de hasta 12 mm.

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2. MAQUINADO QUÍMICO 2.1 Fresado Químico


2. MAQUINADO QUÍMICO 2.2 Troquelado Químico El troquelado químico se parece al troquelado convencional, pero el material se elimina por disolución química y no por cizallamiento Cuchilla de troquelado convencional

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2. MAQUINADO QUÍMICO 2.3 Troquelado Fotoquímico Es muy similar al troquelado químico, pero el enmascaramiento se realiza utilizando material fotosensible para recubrir la pieza. Para ello es necesario confeccionar un negativo de la figura requerida y exposición a luz ultravioleta. Mediante este proceso se pueden troquelar formas complicadas, sin rebabas, en láminas metálicas que pueden ser de sólo 0,0025 mm de espesor.


3. MAQUINADO ELECTROQUÍMICO (ECM) Este proceso podría considerarse como una electrodeposición invertida. Un electrolito 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 que tengan oportunidad de depositarse sobre la herramienta (cátodo). La cavidad producida es la imagen hembra de la herramienta (o electrodo). La rapidez de penetración de la herramienta es proporcional a la densidad de corriente. Fuentes de 5 a 25 V – Corriente de 1,5 a 8 A/mm2

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3. MAQUINADO ELECTROQUÍMICO (ECM)


3. MAQUINADO ELECTROQUÍMICO (ECM) El maquinado electroquímico se usa en general para maquinar cavidades complicadas en materiales de alta resistencia, en especial para la industria aeroespacial. Este proceso deja una superficie sin rebabas, no causa daños térmicos y dado a la ausencia de fuerzas en la herramienta, no se generan distorsiones. Pero no es aconsejable para esquinas agudas ni fondos planos.

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4. RECTIFICADO ELECTROQUÍMICO En este proceso se combina el maquinado electroquímico con el rectificado normal. El equipo que se emplea es parecido a una rectificadora convencional, pero la muela es un cátodo giratorio embebido en partículas abrasivas (abrasivos de diamante aglomerado con metal).

Tubo de aleación de níquel


4. RECTIFICADO ELECTROQUÍMICO Los abrasivos tienen la doble función de servir como aislante entre la muela y la pieza, y de quitar mecánicamente los productos de la electrólisis del área de trabajo. Ya que solo el 5% de la remoción es por acción del abrasivo (el resto es por acción electrolítica), el desgaste de la muela es muy bajo. Como ventaja principal, este proceso presenta mayor rapidez de remoción que en el rectificado convencional, con una duración de herramienta mucho mas prolongada, inclusive para materiales con elevada dureza.

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5. MAQUINADO CON DESCARGA ELÉCTRICA (EDM) Este proceso, también denominado electroerosión, se basa en la erosión de los metales mediante chispas de descarga eléctrica. Tal como se aprecia en la figura, la herramienta de formado y la pieza están conectadas a una fuente de corriente continua, ambas inmersas en un fluido dieléctrico.


5. MAQUINADO CON DESCARGA ELÉCTRICA (EDM) El fluido dieléctrico (aceite mineral) actúa como aislante hasta una cierta diferencia de potencial, limpia y retira desechos y sirve como refrigerante. Cuando la diferencia de potencial entre la herramienta y la pieza llega a un valor crítico, se descarga una chispa que atraviesa el fluido y quita una pequeña cantidad de metal de la superficie de la pieza.

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5. MAQUINADO CON DESCARGA ELÉCTRICA (EDM) Este proceso puede ser aplicado a cualquier material que sea conductor eléctrico, y como no interviene energía mecánica, la dureza, tenacidad y resistencia del material de la pieza no influyen sobre la rapidez de remoción. Para controlarla, se puede variar la frecuencia de descarga (50 a 500 kHz) o la energía por descarga (voltajes de 50 a 380 V y corrientes de 0,1 a 550 A).


5. MAQUINADO CON DESCARGA ELÉCTRICA (EDM) Los electrodos suelen ser de grafito (por su alto punto de fusión), aunque también se usan de latón, cobre o aleaciones de cobre y tungsteno.

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5. MAQUINADO CON DESCARGA ELÉCTRICA (EDM) Algunas de las variantes del maquinado químico son: •

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Fresado por electroerosión. La mesa que sujeta la pieza puede moverse en dos direcciones ( X-Y ). Rectificado por electroerosión. La muela es de grafito y no contiene abrasivos. Aserrado por electroerosión. Similar a las sierras circular pero sin dientes.


6. MAQUINADO CON DESCARGA ELÉCTRICA Y ALAMBRE Este proceso, también denominado electroerosión de hilo, se parece al calado con una sierra de cinta, un alambre que se mueve con lentitud describe una trayectoria predeterminada y corta la pieza; las chispas de descarga funcionan como dientes de corte. Capacidad de corte de hasta 300 mm.

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6. MAQUINADO CON DESCARGA ELÉCTRICA Y ALAMBRE El alambre suele ser de latón, cobre o tungsteno y debe tener la resistencia tensil y tenacidad suficiente, así como gran conductividad eléctrica y capacidad de arrastrar los desechos producidos durante el corte.


6. MAQUINADO CON DESCARGA ELÉCTRICA Y ALAMBRE El alambre, que normalmente se utiliza solo una vez, tiene un diámetro de 0.30 mm y se mueve a velocidades constantes de 0,15 a 9 m/min. La velocidad de corte, normalmente, es de unos 5 mm/min, aunque depende del espesor del material a cortar, de la frecuencia de descargas, etc.

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7. MAQUINADO CON RAYO LASER En este proceso, la energía luminosa proveniente de una fuente láser se concentra sobre la superficie de la pieza, fundiendo y evaporando de forma controlada partes especificas de la misma. Los parámetros relevantes son la reflectividad y la conductividad térmica de la pieza, así como sus calores específicos y latentes de fusión y evaporación.


7. MAQUINADO CON RAYO LASER

Fases del proceso de corte por laser .

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Principio de funcionamiento del corte por laser .



Esquema del proceso de corte por láser de CO2.

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7. MAQUINADO CON RAYO LASER Existen varios tipos de láseres que se utilizan según el material de la pieza.


7. MAQUINADO CON RAYO LASER Se utiliza para taladrar y cortar distintos tipos de materiales, aunque también puede ser utilizado para soldar, grabar y para realizar tratamientos

térmicos

localizados.

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8. MAQUINADO CON HAZ DE ELECTRONES La fuente de energía está formada por electrones de alta energía que chocan con la superficie de la pieza y generan calor. Se usan voltajes del orden de los 100 kV para acelerar los electrones a velocidades de casi el 80% de la velocidad de la luz. En términos de aplicaciones es muy parecido al maquinado por rayo láser con la diferencia que requiere de vacío.


8. MAQUINADO CON HAZ DE ELECTRONES Este proceso puede ser utilizado para cortes muy exactos en una gran variedad de metales, aunque mayormente se utiliza para el taladrado de pequeños agujeros, grabado, tratamientos térmicos, etc. También es importante resaltar que la interacción del haz de electrones con la superficie produce rayos X los cuales son perjudiciales.

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9. CORTE CON ARCO DE PLASMA En este proceso se usan chorros de gas ionizado (plasma) para cortar rápidamente placas y láminas metálicas. Se trabaja con temperaturas superiores a los 10.000 °C, lo cual permite el corte de placas de hasta 200 mm a velocidades de 500 mm/min. El gas contenido en la boquilla circula en la corriente con el fin de ionizarlo, se calienta y después se hace salir por una boquilla con un diámetro muy reducido (aumentando la resistencia), de tal manera que el gas ionizado se comporta como cualquier material conductor de la electricidad.


9. CORTE CON ARCO DE PLASMA

Fases del proceso de corte con arco de plasma.

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9. CORTE CON ARCO DE PLASMA Los gases usados para crear el plasma incluyen el nitrógeno, el argón, el hidrógeno o una mezcla de éstos. Tales fluidos se denominan los gases primarios en el proceso. Con frecuencia se dirigen gases secundarios o agua para rodear el chorro de plasma, a fin de ayudar a confinar el arco y limpiar la ranura de metal que se forma.


10. MAQUINADO CON CHORRO DE AGUA En este método, se utiliza la fuerza debida al cambio de la cantidad de movimiento del chorro de agua, en operaciones de corte y desbarbado. El chorro funciona como una sierra y corta una ranura angosta en la pieza.

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10. MAQUINADO CON CHORRO DE AGUA Para aplicaciones de corte se utilizan las llamadas bombas con intensificador. Estas bombas tienen niveles de potencia entre 10 y 75 KW, generando presiones por encima de 4.200 bares y ritmos de flujo entre 1,5 y 7,6 l/min.


10. MAQUINADO CON CHORRO DE AGUA Se pueden cortar diversos materiales como plásticos, telas, hule, madera, papel, cuero, materiales aislantes, ladrillos y materiales compuestos.

Mediante la adición de partículas abrasivas (carburo de silicio, óxido de aluminio), se pueden cortar materiales duros como metales, vidrio, cerámica, etc.

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10. MAQUINADO CON CHORRO DE AGUA Las velocidades de corte dependen del material de la pieza, del espesor y de la calidad de corte requerida. Para lograr un corte de buena calidad superficial (extrafino), se debe reducir la velocidad a 1/5 de la requerida para realizar un corte muy rugoso.


10. MAQUINADO CON CHORRO DE AGUA Las ventajas de este proceso son que: a)

Se pueden iniciar los cortes sin necesidad de orificios taladrados previamente. b) No se produce calor. c) No se producen flexiones de la pieza. d) Se humedece poco la pieza. e) Las rebabas producidas son mínimas. f) Es un proceso limpio y ecológico.

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11. MAQUINADO CON CHORRO ABRASIVO En este proceso, se dirige un chorro de alta velocidad de aire seco (o nitrógeno) con partículas abrasivas a la superficie de la pieza. El choque genera una fuerza concentrada apta para cortar materiales metálicos y no metálicos, para desbarbar o eliminar esquirlas, o para limpiar una pieza con superficie irregular.


11. MAQUINADO CON CHORRO ABRASIVO La presión de abastecimiento del gas es del orden de los 9 bar y la velocidad del chorro abrasivo puede llegar hasta los 300 m/s. Las boquillas se fabrican de carburo de tungsteno o de zafiro y el tamaño de las partículas de abrasivas está entre 10 y 50 μm.

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