14 Metodos No Convencionales de Maquinado

Mtodos no convencionales de

maquinado

Necesidad de fabricar piezas de metales extremadamente

duros, con alta resistencia mecnica y estabilidad a

temperaturas elevadas.

Utilizan altas temperaturas para fundir o evaporar el material de

la pieza.

Mtodos desarrollados recientemente:

Maquinado por descarga elctrica

Maquinado por descarga elctrica con alambre

Rectificado electroltico

Maquinado con rayo lser

Maquinado con rayo electrnico

Maquinado con arco de plasma

Maquinado por descarga elctrica

( M.D.E. )

Maquinado por descarga elctrica

( M.D.E. )

A este proceso se le denomina electroerosin

M.D.E. electrodos.

En el M. D. E., el electrodo reproduce fielmente su forma en la

pieza, en esencia, su accin puede considerarse comparable a

la de una herramienta de corte convencional.

Las cualidades deseables del material para estas herramientas

son:

a) Muy buena conductividad elctrica

b) Elevada temperatura de fusin

c) Alta velocidad de remocin del material de la pieza

d) Bajo desgaste

e) Habilidad para producir piezas con dimensiones exactas y

buen acabado superficial

f) Buena maquinabilidad o fcil de fabricar

g) Bajo costo

Durante el proceso el electrodo sufre

desgaste, esto se debe a que no toda la

energa se disipa en su superficie de

trabajo, la cantidad que se desgasta

depende principalmente del tipo de

material del mismo, del material de la

pieza a trabajar, de la polaridad aplicada,

as como de la frecuencia y corriente

utilizadas.

M.D.E. electrodos.

M.D.E. electrodos.

Materiales para el electrodo:

Grafito

Cobre-Tungsteno

Bronce

M.D.E. electrodos.

Descargas subsecuentes

al disminuir la rigidez

dielctrica.

Generacin de

descargas anormales

y dao de la pieza.

M.D.E. electrodos.

Inyeccin por el

electrodo.

Inyeccin por el

electrodo

Categoras de M.D.E.

Barrenado

Categoras de M.D.E.

Estampado

Estampado con dado

Categoras de M.D.E.

Corte

Con placa, con banda o con alambre

Categoras de M.D.E.

Rectificado

Externo o interno

Categoras de M.D.E.

Rectificado

Superficial o de forma

M.D.E. Influencia de la intensidad de

corriente.

Influencia de la intensidad de corriente en la cantidad de

material removido.

M.D.E. Influencia de la frecuencia.

Influencia de la frecuencia en el acabado superficial de la

pieza.

M.D.E. Aplicaciones.

Puede cortarse cualquier material conductor de

electricidad, sin importar su dureza, se adapta

particularmente en el maquinado de pequeas ranuras y

cavidades de forma irregular, sus ventajas son:

a) Habilidad para generar configuraciones complejas,

operando la herramienta en un solo eje.

b) Las superficies producidas estan libres de rebabas.

c) Pueden maquinarse metales muy frgiles por no existir

contacto entre pieza y herramienta durante la operacin.

d) Las tolerancias logradas son estrechas y el acabado

superficial obtenido es muy fino

e) Habilidad para cortar metales de alta resistencia

mecnica.

Maquinado por descarga elctrica con

alambre.

Maquinado por descarga elctrica con

alambre.

Maquinado por descarga elctrica con

alambre. El ancho de la pieza que puede cortarse depende del

dimetro y material del alambre.

Maquinado por descarga elctrica con

alambre.

Algunas de las ventajas que ofrece el M.D.E. con alambre

son:

- No requiere la manufactura de electrodos cuyas

formas deban adaptarse al perfil deseado.

- El desgaste de la herramienta es despreciable, puede

usarse el mismo alambre varias veces.

- Permite tolerancias dimensionales cerradas.

- Los acabados superficiales son del orden de micras.

- La mquina puede operar con alta velocidad de

corte y mnima vigilancia.

- Pueden maquinarse los mismos materiales que se

maquinan con el M.D.E. estndar.

Maquinado por descarga elctrica con

alambre.

Sus limitaciones son:

- No pueden maquinarse agujeros ciegos.

- El costo de la mquina herramienta es muy elevado.

Maquinado electroltico ( M. E. )

Este proceso aprovecha el fenmeno de electrlisis para

disolver las partes de una pieza y conformarlas a un

electrodo. Una corriente directa pasa de la pieza a la

herramienta a travs de un electrolito, de esta manera, los

iones metlicos de la pieza son cedidos al electrolito.

Maquinado electroltico ( M. E. )

Maquinado electroltico ( M. E. )

Electrodos

La cualidades de los metales para los electrodos son: alta

dureza, facilidad de maquinado, baja resistividad elctrica,

buena conductividad trmica y alta resistencia a la accin

qumica del electrlito.

Materiales recomendados: Cobre, bronce, acero inoxidable y

titanio

Maquinado electroltico ( M. E. )

Electrodos

Maquinado electroltico ( M. E. )

Electrodos

Maquinado electroltico ( M. E. )

Electrodos

Maquinado electroltico ( M. E. )

Electrolito

El electrolito tiene tres funciones principales

Servir de medio de transporte de la corriente elctrica

entre el electrodo y la pieza.

Remover el material maquinado de la regin de corte, y

Remover el calor generado en la operacin.

Las cualidades de un electrolito son: alta conductividad,

baja toxicidad, baja corrosin y buena estabilidad qumica

y electroqumica.

Maquinado electroltico ( M. E. )

Ejemplos de aplicacin.

Rectificado electroltico.

Aplicaciones del R.E.

La ventajas del R.E. son:

Habilidad para rectificar cualquier material conductor de electricidad, no importando su dureza. En metales con una dureza mayor a 60Rc, proporciona velocidades de remocin de 5 a 10 veces mayores que las obtenidas por brochado, fresado o rectificado convencionales.

La vida de la muela es de 5 a 10 veces mayor que las muelas usadas en el rectificado convencional; adems, reduce un 50% los costos de mano de obra.

El proceso de corte no daa las piezas trmicamente, no produce esfuerzos residuales, no deja rebabas ni provoca fracturas.

Aplicaciones del R.E.

Las desventajas del R.E. son:

Alto costo del equipo. En metales fciles de

maquinar, su velocidad de remocin de

material no es competitiva con los mtodos

convencionales. El ataque corrosivo del

electrolito sobre la pieza y partes de la

mquina, hace necesario que stas se

sometan a un lavado especial.

Maquinado con rayo lser.

"Lser" es un acrnimo para las palabras en ingls Light Amplification By Stimulated Emission Of Radiation (Amplificador Lumnico por Emisin Estimulada de Radiacin).

La generacin del rayo lser requiere de un medio que contenga tomos o molculas que puedan ser excitados y actuar como amplificador, como, por ejemplo, una mezcla de helio, nitrgeno y bixido de carbono a una presin de varias decenas o centenas de milmetros de mercurio.

Maquinado con rayo lser.

Maquinado con rayo lser.

El arreglo correspondiente a uno de rub; la barra de este material generador de rayos se coloca en una cmara de cristal; en cada extremo de la cmara hay un espejo, uno de ellos refleja completamente la luz, el otro slo en parte.

La luz, enviada a la barra desde la lmpara, hace que los iones de rub oscilen con amplitud creciente hasta llegar a un nivel crtico, en este instante ocurre la descarga, y un haz de lser sale de la cmara por el espejo parcialmente reflejante. El nivel energtico de los iones baja, y vuelve a iniciarse el proceso de activacin.

Maquinado con rayo lser.

La energa luminosa emitida por el lser tiene las siguientes caractersticas que lo distinguen de otras fuentes de luz.

1. Pureza espectral. La luz es bastante monocromtica y permite el uso de lentes simples para el enfoque del rayo (por lo cual no se requieren lentes de color para corregir).

2. Direccionalidad. La luz es altamente colimada con ngulos de divergencia de 10-2 a 10-4 radianes.

3. Alta densidad de enfoque. Como resultado de la estrecha divergencia del rayo, toda la energa puede colectarse con lentes pticos simples y enfocarse sobre un rea pequea.

Maquinado con rayo lser.

Al dirigir el rayo lser sobre una pieza, debido a

la elevada densidad de energa de ste, la regin

se funde y/o evapora sin afectar el material

adyacente. Para barrenar con este mtodo se

utiliza un pulso muy corto; este pulso produce

un rayo que rpidamente calienta la superficie

de la pieza y provoca la evaporacin, la presin,

resultante de la evaporacin, empuja el material

fundido y evaporado dejando un agujero en la

pieza.

Maquinado con rayo lser.

Aplicaciones.

El rayo lser se aplica para el barrenado de una gran variedad de agujeros; en general, es ms econmico en la remocin de pequeos volmenes de material. A menudo, se utiliza para maquinar agujeros cuyo dimetro es aproximadamente menor que 3.20 mm en lminas no mayores de 13 mm de espesor.

Este mtodo de maquinado no remueve grandes cantidades de material, pero puede considerarse como proceso de micromaquinado para produccin en masa.

Por otra parte, con el rayo lser puede hacerse la soldadura a travs del vidrio, la cual es imposible de lograr por algn otro mtodo. lgualmente, permite la perforacin de agujeros en diamantes con un costo ms bajo que por los mtodos habituales; el acero se puede fundir sobre el vidrio.

Maquinado con rayo lser. Ventajas.

No requiere electrodo.

No existe contacto directo entre pieza y herramienta.

Pueden maquinarse y soldarse materiales transparentes.

Es aplicable en la soldadura y maquinado de reas con escaso acceso.

Funde y evapora cualquier material conocido.

Facilita el maquinado de materiales refractarios.

Pueden maquinarse materiales no metlicos muy duros.

Suelda y maquina en cualquier condicin atmosfrica.

Las zonas afectadas por el calor son despreciables.

Pueden maquinarse agujeros extremadamente pequeos y soldarse con precisin longitudes muy cortas.

Existe mnimo desperdicio de material.

Poco tiempo en la preparacin.

No hay desgaste o necesidad de reemplazar herramientas de corte. Esta ventaja es muy importante en el corte de materiales duros.

Maquinado con rayo lser.

Limitaciones. Baja eficiencia (2.a 5%).

Prcticamente limitado a lminas y alambres delgados.

Los agujeros que se maquinan no siempre son perfectamente rectos o redondos.

Es difcil el control de las medidas de un agujero y del tamao de una soldadura, cuando stos son grandes.

La velocidad de remocin es baja.

La durabilidad y confiabilidad son limitadas.

Corta vida del emisor que produce el rayo.

Necesidad de controlar cuidadosamente la longitud del pulso e intensidad de energa para obtener el efecto deseado.

Requiere de medidas de seguridad eficaces.

Alto costo.

Maquinado con rayo electrnico.

El proceso de M.R.E. se fundamenta en la elevada energa que adquieren los electrones generados en un triodo; estos electrones son bombardeados y dirigidos en un chorro que choca con la superficie de la pieza; la densidad de energa es tan grande que inmediatamente evapora cualquier material.

El rayo electrnico es emitido desde la punta del ctodo, y acelerado hacia el nodo gracias al elevado potencial elctrico que existe entre nodo y ctodo (de 100 a 150 kV).

Maquinado con rayo electrnico.

Maquinado con rayo electrnico.

Justamente debajo del can electrnico se localiza una

bobina estigmatizadora, cuya funcin, como su nombre

indica, es evitar que el rayo se disperse, obligndolo a

tomar una seccin transversal circular.

El control del rayo se realiza mediante lentes electro

magnticos, stos, lo calientan, lo enfocan con precisin

y le dan movilidad. Los rayos de luz producen radiacin

electromagntica, cuyo contenido de energa

depende de la temperatura del ctodo.

Maquinado con rayo electrnico.

Aplicaciones.

El rayo electrnico es una herramienta verstil; se utiliza para barrenar, fresar, grabar, endurecer superficies metlicas y soldar. Hasta la fecha, solamente la soldadura con rayo electrnico ha encontrado aplicacin en alta produccin.

Las aplicaciones tpicas del M.R.E. son barrenado de agujeros que sirven para medir una precisin diferencial, regular el flujo de un gas, colimar un haz de rayos luz, etc.

En el maquinado de agujeros de forma circular, cuadrada o triangular, los cuales se usan en vlvulas, inyectores de combustible de cohetes y boquillas de inyectores de motores de combustin interna.

Maquinado con rayo electrnico.

Ventajas. Se pueden realizar cortes de buena precisin.

Pueden barrenarse agujeros muy pequeos (0.50 mm de dimetro).

Se puede cortar cualquier material.

Pueden maquinarse agujeros con alta relacin profundidad-dimetro (200:1).

No existe desgaste de la herramienta.

Pueden maquinarse ranuras hasta de .025 mm de ancho.

En dimetros de 0.50 mm pueden lograrse tolerancias de .0013 mm. El error de posicin

puede ser de .013 mm o menor.

Se logran velocidades de barrenado promedio de 1 agujero/s.

Las velocidades de corte normales, dependiendo de la composicin del material y espesor de la lmina, estn entre 50 y 600 mm/min.

No resultan daos fsicos ni metalrgicos en el material.

Maquinado con rayo electrnico.

Desventajas.

Toda operacin de corte o soldadura debe hacerse en vaco.

Crear intermitentemente el vaco consume tiempo en el proceso. La magnitud del vaco restringe las dimensiones de la pieza, adems la evacuacin de

la cmara, despus de cada operacin absorbe tiempo.

Solamente pueden realizarse pequeos cortes econmicamente.

Por lo general, aplicable a piezas delgadas (0.25 a 6 mm de espesor).

Alto costo del equipo.

Requiere de un operador especializado.

Maquinado con arco de plasma.

Maquinado con arco de plasma.

El plasma es generado al someter un volumen de gas a un bombardeo de electrones, proviniendo ste de un arco elctrico. Los electrones del arco, animados con alta velocidad, chocan con las molculas del gas, causando la disociacin de las molculas y la ionizacin de los tomos. Gran parte del calentamiento del gas tiene lugar en la boquilla, de manera que sale a gran velocidad y alta temperatura.

La fusin del metal de la pieza se debe al calentamiento provocado por el bombardeo de electrones y al calor que absorbe del plasma por conveccin. En algunos casos, para lograr un mayor calentamiento se inyecta oxgeno en el rea de trabajo,, ya que as se presenta una reaccin de oxidacin exotrmica.

Una vez que el material se ha fundido, la alta velocidad del chorro de gas lo expulsa.

Maquinado con arco de plasma.

Maquinado con arco de plasma.

Aplicaciones. El arco de plasma tiene tres usos principales: maquinado de

contornos, corte v soldadura. Los metales en que con mayor frecuencia se maquinan contornos son el acero inoxidable v el aluminio, sin embargo, los aceros suaves, aceros aleados, titanio, bronce y la mayora de los dems metales pueden maquinarse limpiamente con este proceso.

Casi cualquier gas puede ser llevado al estado de plasma; para el trabajo de metales se prefiere un gas no oxidante. La velocidad a la cual el gas transfiere calor es ms importante que la temperatura que ste, alcanza; en cuanto ms alta es la conductividad del gas, tanto mayor es la cantidad de calor transferida. El argn y el hidrgeno producen arcos de gran energa, pero el hidrgeno transfiere ms calor.

Las soldaduras por este proceso son de alta calidad y con muy buena penetracin; observndose poca variacin en dimensiones de la soldadura, en un amplio rango de distancias entre pieza y generador.