Listado de procesos de maquinado no tradicional y de corte trmico
Procesos de energa mecnica
Maquinado ultrasnico (ultrasonic machining USM) Procesos de corte con chorro de agua, o maquinado hidrodinmico, en ingls
water jet cutting WJC). En ste se puede agregar partculas abrasivas cuando se cortan metales.
Maquinado con chorro abrasivo, en ingls abrasive jet machining AJM
Procesos de maquinado electroqumico, en ingls electro Chemicals machining ECM
Remocin electroqumica de virutas ECD, en ingls El esmerilado electroqumico, en ingls electro Chemical grinding ECG
Procesos de energa trmica
Procesos con descarga elctrica como la electroerosin por penetracin conocido
por su sigla en ingls como EDM electro discharge machining, y electroerosin con alambre.
Maquinado con haz de electrones (EBM, siglas en ingls de electro beam
machining). Maquinado con haz lser, sigla de laser beam machining. Procesos de corte con arco elctrico, como el corte con arco de plasma (CUT,
plasma arc cutting). Corte con arco de carbono y aire Otros procesos de corte con arco como corte de metal con arco elctrico y gas, el
corte con arco protegido, el corte con arco elctrico por tungsteno y gas y el corte con arco de carbono, tecnologas similares a las de soldadura de arco, en las que el calor se utiliza para cortar.
Procesos de corte con oxgeno y gas combustible
Maquinado qumico, conocido como CHM, chemical machining. Utilizado en electrnica.
Fresado qumico Preformado qumico Grabado quimico Maquinado fotoqumico
Maquinado No ConvencionalMaquinado No ConvencionalTROQUELADO FOTOQUMICO
Es una modificacin del fresado qumico y elmaterial se elimina de una lmina delgada yplana mediante tcnicas fotogrficas. Posee la ventaja de poder troquelar formascomplicadas sin rebabas. Se utiliza para fabricar laminaciones de motoreselctricos, mascarillas para televisin a color ypara grabar superficies. Los costos de herramienta son bajos, el proceso se puede automatizar y es econmico para volmenesmedianos a altos de produccin. El inconveniente principal del troquelado qumico son los desechosde los subproductos qumicos. MAQUINADO QUMICO Este mtodo se basa en que algunas sustancias como soluciones cidas (para aceros) o alcalinas (para elaluminio) corroen al metal por disolucin qumica y lequita pequeas cantidades de material de susuperficie. No intervienen fuerzas ni herramientas. El maquinado qumico se aplica en la industria paraeliminar capas superficiales de material en partesgrandes de aviones o cubiertas de misiles. Tambin se utiliza para fabricar dispositivosmicroelectrnicos como tarjetas de circuito impreso o chips de microprocesadores. este proceso tiene la caracterstica de que los costos de herramientas y equipos son bajos y es adecuado paracorridas cortas de produccin. En el fresado qumico se producen cavidadessuperficiales de hasta 12 mm sobre placas o lminascon el objetivo de reducir el peso total. El ataque es selectivo y se logra agregando capasremovibles (enmascaramiento con cintas, pinturas o plsticos) o por inmersin parcial del reactivo. Pasos Para el Maquinado Qumico . Desengrase . Chorreado . Aplicacin de la mascara . Trazado (manual o laser) . Pelado de la mascara . Ataque de la Solucin En el caso del titanio se trata de sumergir la pieza en una mezcla de cido ntrico-fluorhdrico en presencia de
un tensoactivo a unos 400 C de temperatura. La pieza perder masa a unos 0,02 mm/minuto. Las partes que no se desee atacar se pueden...
Maquinado ElectroquimicoMaquinado qumico Este mtodo se basa en que algunas sustancias como soluciones cidas (para aceros) o alcalinas (para el aluminio) corroen al metal por disolucin qumica y le quita pequeas 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 ocurre en las tcnicas convencionales. El maquinado qumico se aplica en la industria aeroespacial para eliminar capas superficiales de material en partes grandes de aviones o cubiertas de misiles. Tambin se utiliza para fabricar dispositivos microelectrnicos como tarjetas de circuito impreso o chips de microprocesadores. Este proceso tiene la caracterstica de que los costos de herramientas y equipos son bajos y es adecuado para corridas cortas de produccin.
Maquinado electroqumico El principio de funcionamiento de esta tcnica es el de electrodeposicin invertida y se puede apreciar en la figura 2. Un electrolito (sal inorgnica 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 metlicos de la pieza (nodo) antes de que tengan oportunidad de depositarse sobre la herramienta (ctodo). La velocidad de penetracin 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 electroqumico se utiliza en la industria aeroespacial, para la produccin en masa de labes de turbinas y partes de motor de reaccin y toberas. Tiene las ventajas de no causar daos trmicos 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 numricamente que logran la mayor rapidez de remocin de material entre todos los procesos no tradicionales de maquinado. Como desventaja, este mtodo posee...
Procesos No Tradicionales De MaquinadoProcesos No Tradicionales De MaquinadoTEMA: Procesos NO tradicionales
CATEDRA: Procesos de manufactura
Aunque la mayor parte del maquinado se realiza eliminando material en forma de viruta ms o menos definidas, existen tambin otros tipos de procesos que ofrecen capacidades nicas. Estos mtodos 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 mtodos convencionales. Los maquinados no tradicionales se refieren a aquel grupo de procesos, los cuales remueven el exceso de material mediante diversas tcnicas que incluyen la energa mecnica, trmica, elctrica, o qumica (o combinacin de ellas). Se clasifican de acuerdo con la forma principal de energa que usan para remover el material excedente. En esta clasificacin hay cuatro tipos: Mecnicos: Se usa energa mecnica en alguna forma diferente a la accin de una herramienta de corte convencional, y se usa una accin de trabajo mediante una corriente de alta velocidad de abrasivos y fluidos. Elctricos: Usan energa electroqumica para remover el material, el mecanismo es lo opuesto al chapeado. Trmicos: Usan energa trmica para cortar o dar forma a una parte del trabajo, y esa parte se remueve por vaporizacin del material. Esta energa es la conversin de la energa elctrica. Qumicos: La mayora de los materiales (en especial los metales) son susceptibles a los ataques qumicos por medios de ciertos cidos y otras sustancias abrasivas.
Veamos cuales son algunos de los procesos no tradicionales de maquinado.
1 Corte con chorro de agua (WJC). Este proceso en ingles WJC, usa una corriente fina de agua a alta presin y velocidad dirigida hacia la superficie de trabajo para producir un corte. Tambin se emplea el nombre de maquinado hidrodinmico, pero el corte por chorro de agua es el trmino ms...
Maquinado con chorro de agua - Presentation Transcript1. Daz San Martin Michelle Gutirrez Garca Jezareli Febronio Molina Omar Medina Hernndez Lluvia Snchez Mndez Isabel MAQUINADO CON CHORRO DE AGUA INTRODUCCIN La mayora de los procesos tradicionales de maquinado quitan material formando
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virutas, o lo hacen por abrasin. 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 frgil La pieza es demasiado flexible o resulta difcil 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 tcnicas y econmicas que los convencionales, se proceder a describir el mtodo 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 presin y velocidad dirigida hacia la superficie de trabajo para producir un corte. Para ste proceso tambin se utiliza el nombre maquinado hidrodinmico. 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 automocin, fibras de paales e incluso los alimentos se pueden cortar solamente con agua a alta presin. En este caso solo utilizamos la energa cintica del agua para producir el corte Jezareli www.themegallery.com Para obtener un chorro fino de agua se utiliza una pequea abertura de boquilla con dimetro de 0.1 a 0.4 mm. Para proporcionar al chorro una energa suficiente para poder cortar, se usan presiones hasta de 400 MPa y el chorro alcanza velocidades hasta de 900 m/s. en una bomba hidrulica que presuriza el fludo al nivel deseado. La unidad de boquilla consiste en un soporte hecho de acero inoxidable y una boquilla de zafiro, rub o diamante. El diamante dura ms, pero es el ms costoso En el maquinado deben usarse sistemas de filtracin para separar las virutas producidas durante el proceso. Los fluidos de corte en ese sistema son soluciones de polmeros, las cuales se prefieren debido a que tienden a producir una corriente coherente. Michelle Distancia de separacin La distancia de separacin es a distancia entre la boquilla y la superficie de trabajo. En general, se prefiere que esta distancia sea mnima para reducir la dispersin de la corriente del fluido antes de que golpee la superficie. Una distancia de separacin normal es de 1/8 de In. (3.2 mm). El tamao del orificio de la boquilla afecta la precisin del corte; las aberturas ms pequeas se usan para cortes ms finos sobre materiales ms delgados. Para cortar materia prima ms gruesa se requieren corrientes de chorro ms densas y mayores presiones. Esta tecnologa permite la colocacin de varias capas una encima de otra para cortarlas a la vez manteniendo las calidades de corte con cierta homogeneidad, aumentando as 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 tpica vara desde 12 in/min (5mm/seg) hasta 1200 in/min (500mm/seg), dependiendo del material de trabajo y su grosor. Cuanto menor es el ndice de mecanizabilidad, ms lento se hace el corte, y cuanto mayor espesor tambin se reduce la velocidad de corte. Por lo general, se hace en forma automtica usando un control numrico computarizado o robots industriales para manipulacin 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 plsticos, textiles, materiales compuestos, mosaicos para pisos, alfombras, piel y cartulinas. Se han instalado celdas robticas 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 automvil antes del ensamble.
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En estas aplicaciones, la ventaja es que la superficie de trabajo no se tritura ni quema como en otros procesos mecnicos o trmicos, en consecuencia, la prdida de material es mnima porque la ranura de corte es estrecha, esto reduce la contaminacin ambiental y existe la facilidad de automatizar el proceso usando controles numricos o robots industriales. Una limitacin es que no es conveniente para cortar materiales frgiles (por ejemplo, vidrio), porque tiende a resquebrajarlos durante el proceso. Lluvia www.themegallery.com Beneficios Corta formas casi netas de prcticamente cualquier forma o complejidad de piezas Piezas de tipo produccin cuando resultan crticoslos recortes bajo tolerancias estrictas y complejas Reduce el acabado secundario al proporcionar piezas casi netas sin una zona trmicamente afectada En el 90% de los casos las piezas cortadas por agua pueden tomarse como piezas terminadas. Isabel www.themegallery.com Conclusin El maquinado con chorro de agua es un mtodo no convencional especialmente para usos donde el calor ejemplo el papel, no es conveniente el uso de un plasma o laser, muy comnmente usado para la industria alimenticia ya que es muy limpio y no deja residuos, adems de la diversidad de formas complejas que se pueden realizar adems de que las piezas casi no necesitan un re acabado final
No convencionales
Electroerosin, las mquinas de electroerosin desgastan el material mediante chispas elctricas que van fundiendo partes minsculas del mismo. Hay dos tipos de mquinas de electroerosin, 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 utilizacin de un hilo conductor del que saltan las chispas que desgastan el material, van cortando las pieza segn convenga. En ambos casos durante todo el proceso, tanto el til como la pieza estn inmersos en un lquido no conductor. Arco de plasma, se utiliza un chorro de gas a gran temperatura y presin para el corte del material. Lser, en este caso es un potente y preciso rayo lser el que realiza el corte vaporizando el material a eliminar. Ultrasnica, haciendo vibrar un til a velocidades ultrasnicas, por encima de los 20.000 Hz y utilizando un material abrasivo y agua se van realizando el mecanizado de la pieza por la friccin de las partculas abrasivas. Se usa para trabajar materiales muy duros como el vidrio y el diamante y las aleaciones de carburos.
Con la introduccin de aparatos y materiales y materiales totalmente nuevos, en los recientes, se ha hecho necesario desarrollar nuevos mtodos para el maquinado eficiente de materiales. Las piezas hechas con carburo cementado o con metales difciles de maquinar se conformaban con el costoso proceso de esmerilado con ruedas de diamante. El maquinado electroqumico, maquinado por electro descarga y esmerilado
electroltico son tres mtodos perfeccionados hace pocos aos. En todos ellos la remocin del metal se logra con algn tipo de descarga elctrica.EN LA ACTUALIDAD SE HA HECHO NECESARIO DESARROLLAR NUEVOS MTODOS PARA EL MAQUINADO EFICIENTE DE MATERIALES. LAS PIEZAS HECHAS CON CARBURO CEMENTADO O CON METALES DIFCILES DE MAQUINAR SE CONFORMABAN CON EL COSTOSO PROCESO DE ESMERILADO CON RUEDAS DE DIAMANTE. EL MAQUINADO ELECTROQUMICO, MAQUINADO POR ELECTRO DESCARGA Y ESMERILADO ELECTROLTICO SON TRES MTODOS PERFECCIONADOS HACE POCOS AOS. EN TODOS ELLOS LA REMOCIN DEL METAL SE LOGRA CON ALGN TIPO DE DESCARGA ELCTRICA"
ESMERILADO ELECTROLTICO
El esmerilado electroltico ha venido a facilitar mucho el maquinado de piezas de trabajo de metal delgado y frgil y las modernas aleaciones de la era espacial. En el esmerilado electroltico, se remueve el material de la superficie de la pieza de trabajo con una combinacin de la accin electroqumica y una rueda abrasiva con aglutinacin metlica (en el proceso se remueve metal por una combinacin de energa elctrica y qumica). Alrededor del 90% del metal se desprende de la superficie de la pieza con la accin electroqumica y el 10% restante lo barre la rueda abrasiva. El proceso de esmerilado electroltico es similar al de maquinado electroqumico. PROCESO DE ESMERILADO ELECTROLTICO La rueda abrasiva, con aglutinacin metlica y conductora de la electricidad, y la pieza de trabajo que tambin es conductora se conectan a un suministro de corriente continua y quedan separadas por las partculas abrasivas que sobresalen de la rueda. Se inyecta un electrlito en el espacio entre la rueda y la pieza de trabajo, que complementa la accin de desprendimiento que descompone el material de la pieza de trabajo (la solucin electroltica suele ser muy corrosiva: hay que proteger las piezas de la maquina contra la corrosion). Este material
desprendido se elimina con la accin de la rueda de abrasiva nunca hace contacto con la pieza de trabajo.
VENTAJAS DEL ESMERILADO ELECTROLTICO El esmerilado electroltico tiene muchas ventajas sobre los mtodos convencionales. 1. Reduce los costos de las ruedas abrasivas; en especial las de diamante con aglutinacin metlica porque solo remueve un 10% del material con la rueda. 2. Se elimina una elevada proporcin del material en relacin 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 deformacin. 4. No se producen rebabas, que se deban eliminar con operaciones adicionales. 5. Se pueden cortar piezas de trabajo delgadas y frgiles 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 trmica. 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 comentariosMAQUINADO POR ELECTRODESCARGA
El maquinado por electrodescarga (EDM) es un proceso para remocin de metal por la accin de una descarga elctrica de corta duracin y alta densidad de corriente (amperaje) entre las herramientas y la pieza de trabajo. El proceso EDM se podra 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 sper duras y conductoras de la era espacial que abra sido muy difcil de trabajar con mtodos convencionales. El EDM ha facilitado el corte de formas complejas, lo cual resultara imposible con herramientas de corte convencionales.
PRINCIPIOS DEL EDM El maquinado por electrodescarga (EDM) es un proceso para la remocin 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 carbn. Tanto el electrodo, que tiene la forma de cavidad requerida, como la pieza de trabajo se sumergen en un lquido dielctrico que suele ser un aceite delgado. El liquido dielctrico debe ser no conductor o mal conductor de la electricidad (para el maquinado por electrodescarga se requiere un electrodo (herramienta) conductor y un liquido dielctrico no conductor). Un servomecanismo mantiene una separacin de ms o menos 0,001 pulgadas (0,002 milmetros) 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 razn de 20.000 impulsos elctricos 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 travs del dielctrico. En el sitio en donde choca la chispa se produce un calor intenso, se funde el metal y se desprende una partcula de metal de la superficie de la pieza de trabajo (el metal se remueve por la erosin de la chispa elctrica). El liquido dielctrico que est en circulacin constante, arrastra las partculas erosionadas en el metal y tambin 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 difciles de cortar con metros convencionales. 2. Se pueden trabajar materiales endurecidos, con lo cual se elimina la deformacin 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 frgiles sin deformacin. 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 mtodos 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 comentariosSBADO 4 DE JULIO DE 2009
MAQUINADO ELECTROQUIMICO
Maquinado electroqumico (ECM) difiere de las tcnicas convencionales para cortes de metales en que se utilizan energa elctrica y qumica 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 difciles de cortar. Adems, el desgaste de la herramienta es insignificante porque nunca toca la pieza de trabajo. El maquinado electromecnico 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 difcil 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 aos se han utilizado los balos galvanoplsticos o electrodeposicin para aplicar un metal que est en solucin en otro metal que se sumerge en el bao. Dado que el ECM surgi de este proceso es conveniente conocer el proceso de electrodeposicin.
1. Se sumergen dos barras de metales desiguales en una solucin 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 travs del electrolito entre las dos barras de metal. La reaccin qumica produce la transferencia de metal de una barra a la otra. El maquinado electroqumico difiere de la electrodeposicin en que una reaccin electroqumica disuelve el metal de la pieza de trabajo en una solucin de electrolito. Se pasa una corriente continua a travs de una solucin 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 remocin del metal delante del electrodo al avanzarlo hacia la pieza de trabajo. La reaccin qumica 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 precisin aislada hecha a la forma y tamao exactos necesarios y a lo largo del cual se hace pasar el electrolito.
El electrodo y la pieza de trabajo, aunque estn separados apenas 0,002 a 0,003 pulgadas (0,005 a 0,007 milmetros) nunca se topan entre s. La solucin de electrolito esta en circulacin constante y controlada y es conductora de la corriente (el electrolito suele ser una solucin salina muy corrosiva). La corriente continua, a veces, puede ser de 10.000 A/pulgada2 (1550 A/centimetro2) segn el material de la pieza: la cantidad de remocin del metal esta en proporcin directa con la corriente que pasa entre el electrodo y la pieza de trabajo. Una corriente elevada producir remocin rpida del metal y a la inversa con una corriente baja. VENTAJAS DEL ECM El maquinado electroqumico ha sido uno de los procesos para trabajar metales que ha permitido maquinar los de la era espacial. Algunas de sus caractersticas 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 deformacin de la pieza de trabajo. 3. En el ECM no hay rotacin 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 frgiles sin deformacin. 6. La pieza de trabajo queda libre de rebabas. 7. Es fcil producir piezas de trabajo, las formas complejas, cuyo maquinado es difcil con otros procesos. 8. El ECM es adecuado para trabajo de produccin en donde hay que hacer agujeros o cavidades mltiples al mismo tiempo.
o necesario desarrollar nuevos mtodos para el maquinado eficiente de materiales. Las piezas hechas con carburo cementado o con metales difciles de maquinar se conformaban con el costoso proceso de esmerilado con ruedas de diamante. El maquinado electroqumico, maquinado por electro descarga y esmerilado electroltico son tres mtodos perfeccionados hace pocos aos. En todos ellos la remocin del metal se logra con algn tipo de descarga elctrica"
El mecanizado por ultrasonidos rotatorio y el mecanizado mixto fresado/lserEl mercado actual exige el lanzamiento de productos cada vez ms novedosos y competitivos, por lo que se necesita realizar un esfuerzo aadido para fabricar productos tecnolgicos avanzados mediante procesos de fabricacin tradicionales, lo que no siempre permite obtener el resultado esperado. Por otra parte, la introduccin de materiales avanzados en sectores como la medicina, ptica, aerospacial o automocin est suponiendo un obligado desarrollo de procesos de fabricacin alternativos para dar respuesta a las nuevas necesidades. El coste considerablemente superior de estas tcnicas limita su uso exclusivamente a los casos en los que no se puedan emplear los mtodos 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 energa para la eliminacin de material. As, se puede hablar de procesos mecnicos como puede ser el caso del mecanizado por ultrasonidos, y procesos electrotrmicos como es el caso del mecanizado por haz lser. El mecanizado por ultrasonidos rotatorio ante el reto de los materiales duros y frgiles El creciente desarrollo de los materiales avanzados con propiedades superiores como alta dureza, gran resistencia mecnica al desgaste, baja densidad y resistencia a la abrasin a altas temperatura, como es el caso de las cermicas tcnicas, 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 produccin, ha frenado claramente su expansin comercial. En este punto, cabe subrayar que slo los comnmente denominados procesos no convencionales de mecanizado, como el mecanizado por ultrasonidos rotatorio, pueden llegar a ser tiles, aparte de algn 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 mquina incorpora la tecnologa RUM (Rotary Ultrasonic Machining) para el mecanizado de materiales duros y frgiles. El proceso del mecanizado por ultrasonidos rotatorio (Rotary Ultrasonic Machining-RUM) es un avance tecnolgico del clsico mecanizado por ultrasonidos (Ultrasonic Machining-USM). Se basa en la eliminacin de material mediante la combinacin de giro y vibracin en direccin axial de una herramienta, generalmente de diamante que, a su vez, se alimenta con una corriente internaexterna de fluido de corte. El trmino ultrasonidos es debido a que la vibracin se produce a una frecuencia prxima a los 20kHz (vibra unas 20.000 veces por segundo), frecuencia que est en
el rango de los ultrasonidos. Se emplean regmenes de giro de entre 1000 y 6000rpm, y la vibracin axial tiene unas pocas m de amplitud (1-35m).
El equipo disponible en Tekniker que incluye esta tecnologa consta de los elementos bsicos de toda mquina herramienta (control, cabezal, ejes, mesa, filtros), pero adems incorpora un elemento caracterstico de este tipo de tecnologas, llamado transductor. El transductor, acoplado al cabezal, contiene una serie de piezoelctricos que transforman la energa elctrica de alta frecuencia en vibracin mecnica a esa misma frecuencia. Esta vibracin se transfiere desde el transductor hasta la herramienta (tambin conocida como horn). As mismo, la mquina de Tekniker incorpora una serie de algoritmos de control que mejoran an ms la efectividad del proceso preservando la integridad de la herramienta y de la pieza; as, el control ADC (Adaptive Control) monitoriza el par y el ACC (Acoustic Control) monitoriza la fuerza en direccin axial. El mbito de aplicacin del RUM est dirigido fundamentalmente al mecanizado de materiales duros y frgiles como las cermicas tcnicas, los vidrios, metales endurecidos, Silicio, piedras preciosas, etc. Todo ello aplicado a:
Industria del automvil: discos de freno, toberas de inyeccin, insertos de moldes de inyeccin; en materiales como Nitruro de Silicio, Almina, metal duro, acero templado (55HRc)... Industria de los semiconductores: plaquitas (Wafer), elementos de refrigeracinen materiales como Silicio, Cuarzo Hialino Industria ptica: lentes cncavas y convexas, espejos; en materiales como Zafiro, Silicio, Zerodur y vidrios varios. Industria mdica: articulaciones, coronas dentales; en materiales cermicos varios como Zirconia, Almina Varios: guas antidesgaste, pirometra, boquillas de soldadura, aisladores trmicos; tambin en materiales cermicos.
El trmino ultrasonidos es debido a que la vibracin se produce a una frecuencia prxima a los 20kHz (vibra unas 20.000 veces por segundo), frecuencia que est en el rango de los ultrasonidos
Todas estas aplicaciones tienen un elemento en comn: las superiores propiedades de alta dureza, resistencia mecnica al desgaste, baja densidad, resistencia a la abrasin a altas temperatura, capacidades pticas, etc. Mediante RUM se pueden mecanizar geometras que difcilmente podran conseguirse con otros procesos de fabricacin como por ejemplo agujeros de 0.5 y 10mm de profundidad en Silicio, roscado interior en metal duro calidad H6, etc.
Figura 4 Ejemplo de mecanizado de almina y roscado en vidrio ptico.
Dado que los procesos abrasivos como el rectificado procesan este tipo de materiales, se deben subrayar los avances que supone la tecnologa RUM:
Reduccin de los esfuerzos de corte, de la carga trmica 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 ultrasnico.
La superposicin de movimientos, rotacin 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, pudindose obtener superficies con rugosidades menores que 0.2 m Ra hasta suprimir el pulido. El movimiento ultrasnico junto con el refrigerante interno y externo hace que la herramienta experimente un proceso de autolimpieza, evitando as el fenmeno de embotamiento y facilitando el regenerado de la misma. El proceso produce una capa superficial de tensiones residuales de compresin por lo que se aumenta la vida a fatiga. Se pueden tratar materiales duros y frgiles llevando a cabo pequeas operaciones de corte, desde 0.5mm as como diversas operaciones en una sola mquina, 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 solucin para el procesado ptimo de materiales avanzados como cermicas, metales endurecidos, vidrios, etc.Mecanizado mixto fresado/lser: tecnologa que posibilita nuevos retos En el mbito de los nuevos sistemas de fabricacin, para poder satisfacer las exigencias de fabricacin en los diferentes sectores industriales, da a da se estn estudiando y aplicando nuevas tecnologas y procesos. Una de las tecnologas en constante evolucin y considerada como uno de los mayores exponentes en la fabricacin avanzada es el mecanizado por lser ya que permite el mecanizado de formas complejas y de pequeo tamao de todo tipo de materiales.A su vez, en el caso de los problemas concretos de piezas de geometra compleja y de reducido tamao el uso de un proceso mixto fresado/lser abre posibilidades completamente nuevas en el mecanizado. El fresado aporta un elevado volumen de material eliminado, mientras el lser permite crear geometras complejas, de reducido tamao y en zonas poco accesibles.
La necesidad de crear productos cada vez ms precisos, y con un amplio rango de materiales, exige nuevas tcnicas de procesado, para ir ms all de las actuales tcnicas de procesado por arranque de viruta. Con el objetivo de alcanzar este reto, Tekniker dispone de una mquina fresadoralser DMU60L del fabricante DECKEL MAHO, que adems de ser una fresadora de alta velocidad con un husillo que puede alcanzar las 18.000 rpm, dispone de un cabezal lser de Nd:YAG de 100 Wattios. La mquina adquirida por Tekniker incorpora la tecnologa del mecanizado por lser.Tekniker dispone de una mquina fresadora-lser DMU60L del fabricante DECKEL MAHO
Figura 5 Mquina DMU60l para mecanizado mixto fresado/lser.
Dicho centro de mecanizado incluye nuevas posibilidades en el mecanizado completo de las piezas ms diversas. La innovadora combinacin de las modernas tecnologas de fresado y lser permite mecanizar en una sola sujecin tanto desbastes de intenso arranque de viruta como acabados de filigrana. La tecnologa mixta fresado/lser permite obtener la pieza acabada directamente del plano 3D, convirtindose en un proceso casi automtico que en comparacin con la fabricacin convencional por electroerosin reduce los tiempos de mecanizado. La tecnologa del mecanizado por lser posibilita el mecanizado de figuras y piezas de pequeas dimensiones, permitiendo obtener esquinas vivas y agujeros de pequeo dimetro, es decir, formas geomtricas que no es posible o es muy costoso obtener mediante procesos convencionales. El mecanizado por lser permite el procesado de casi todo tipo de materiales, independientemente de su dureza o maquinabilidad. Los resultados obtenidos varan de un material a otro debido a sus propiedades fsicas, pero en principio no se encuentra el obstculo de la dureza. Se pueden obtener piezas a partir de fotografas, 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 fotografa.
Es posible realizar texturizaciones de tamao reducido, y obtener formas complejas que son mecanizados reales, y no grabados. La alta densidad de energa que se obtiene en el punto de enfoque del haz lser permite llevar a cabo el proceso de ablacin, es decir, el material es vaporizado directamente. Por otra parte, al ser una fuente de energa 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 dimetro de haz en el punto de enfoque puede ser de 40 micras o de 100 micras. El lser, es una fuente de luz coherente de alta energa cuyo significado es Amplificacin de luz por Emisin de Radiacin Estimulada, que en ingls forman las siglas LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). El sistema lser principalmente consta de tres componentes:
Un medio activo que en nuestro caso es un cristal de Nd:YAG. Un medio de excitacin que en nuestro caso es una lmpara. La ptica del resonador.
En la mquina disponible en Tekniker el sistema lser consta de una lmpara 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 lser que en comparacin con la bombilla tiene propiedades direccionales, monocromticas y coherentes, siendo su longitud de onda l=1.064 micras, y una potencia media de 100W. Este haz lser es reflejado al 100% por un espejo, y slo parcialmente por otro espejo. El haz lser que no es reflejado es el que se utiliza para procesar el material. El haz lser esencialmente paralelo es fcil de transportar a largas distancias para llevarlo al sitio donde se necesita. En el rea de procesado, el haz lser enfocado en un punto pequeo est provisto de la energa 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 formndose ninguna onda estacionaria, por lo que no se genera ningn rayo lser. Ello implica que no se retira ninguna energa de la barra YAG, por lo que se acumula energa, obtenindose picos de potencia de hasta 20kW. La obtencin de los programas de mecanizado es semejante al del mecanizado por arranque de viruta. La aplicacin LPSWin permite dibujar el volumen que se va a mecanizar, y crear estrategias de mecanizado con diferentes valores de los parmetros del proceso. La mquina permite mecanizar complejas figuras en 3D, siempre mecanizando capa a capa.
Figura 7 Proceso de creacin de programas de mecanizado
La tecnologa lser implica el control de mltiples parmetros de proceso, cuyo ajuste correcto es imprescindible a la hora de obtener buenas calidades de acabado, y mecanizados precisos.
Figura 8 Parmetros del proceso
El mecanizado por lser 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 bsqueda de tecnologa, lo que implica definir los parmetros adecuados para mecanizar un material concreto. Se ajustan los parmetros de frecuencia de apertura del QSwitch, y porcentaje de intensidad que se quiere tenga el haz. Ello implica que es
necesaria una bsqueda de tecnologa continua, cada vez que se vaya a mecanizar un material nuevo o cambien las condiciones de mecanizado. El ajuste de dichos parmetros 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=1m, h=5m: t=3316 (b) e=3m, h=20m: t=606
Figura 9 Ejemplo de rugosidades
La tecnologa lser tiene un mbito de aplicacin dirigido fundamentalmente al mecanizado de formas complejas de pequeo tamao, como pueden ser los moldes de inyeccin de plstico que se aprecian en la siguiente figura.
Figura 10 Moldes de Aluminio para inyeccin de plstico.
Con todo ello, hay que concluir remarcando que el mecanizado mixto fresado lser aparece como una clara solucin para el procesado ptimo de piezas precisas de pequeo tamao, como son los moldes de inyeccin de plsticoMaquinado Hidrodinmico El maquinado Hidrodinmico 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, Tambin es conocido este proceso como "corte con chorro de agua" (en
ingls WJC) , debido a que usa una corriente fina de agua a alta presin y velocidad dirigida hacia la superficie de trabajo para producir un corte. Tambin se emplea el nombre de maquinado hidrodinmico para este proceso, pero el corte por chorro de agua es el trmino de uso ms frecuente en la industria. Para obtener una fina corriente de agua, se usa una pequea abertura de boquilla de un dimetro de 0.004 a 0.016 In (0.1 a 0.4 mm). A fin de que la corriente tenga la energa 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 hidrulica presuriza el fluido al nivel deseado. La unidad de boquilla consiste en un soporte y una boquilla de joya. El soporte est hecho de acero inoxidable y la boquilla de Zafiro, rub o diamante. El diamante dura ms, pero es el de mayor costo. En el WJC deben usarse sistemas de filtracin para separar las virutas producidas durante el proceso. Los fluidos de corte en ese sistema son soluciones de polmeros, 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 metlicas, por lo general deben agregarse partculas abrasivas a la corriente a chorro para facilitar el corte. Por tanto este proceso se denomina corte con chorro de agua abrasiva (en ingls AWJ). La incorporacin de las partculas abrasivas al flujo complica el proceso porque aumenta la cantidad de parmetros que deben controlarse. Entre los parmetros de proceso adicionales estn el tipo de abrasivo, el tamao del esmeril y la velocidad de flujo. Entre los materiales abrasivos comunes estn el xido de aluminio, el dixido de silicio y el granate (un mineral de silicato); los tamaos del esmeril varan entre 60 y 120. Las partculas abrasivas se agregan a la corriente de agua a aproximadamente 0.5 lb/min (.23 Kg/min) despus de que salen de la boquilla para el WJC. Los parmetros de proceso restantes incluyen algunos que son comunes para el WJC; el dimetro de abertura de la boquilla, la presin del agua y la distancia de separacin. Los dimetros del orificio de la boquilla varan de 0.010 a 0.0250 In (0.25 a 0.63 mm), este rango es ms grande que en el WJC y permite que la corriente contenga velocidades de flujo ms altas y mayor energa antes de la eyeccin de los abrasivos. Las presiones del agua son similares a las del WJC. Las distancias de separacin son menores para reducir el efecto de la dispersin del fluido de corte, el cul contiene partculas abrasivas en esta
etapa. Las distancias de separacin comunes estn entre una cuarta parte y la mitad de las que se usan en el WJC.
