MECANIZADO ABRASIVO El mecanizado abrasivo es una operación básica de arranque de viruta. Es una de la más antigua de las operaciones de mecanizado básicas.

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2 MECANIZADO ABRASIVO El mecanizado abrasivo es una operación básica de arranque de viruta. Es una de la más antigua de las operaciones de mecanizado básicas. Los resultados alcanzables por mecanización abrasiva van desde: 1. superficies mas finas y lisas 2. Superficies ásperas y bastas.

3 MECANIZADO ABRASIVO Entre los procesos de Máquinado abrasivo tenemos:

4 ESMERILADO Esmerilado es un proceso de remoción de material en el cual las partículas abrasivas están contenidas en una rueda de esmeril aglutinado que opera a velocidades periféricas muy altas. Por lo general la rueda de esmeril tiene en forma de disco, balanceada con toda precisión para soportar altas velocidades de rotación. La rueda giratoria del esmeril consiste en varios dientes cortantes (partículas abrasivas) y la pieza de trabajo avanza hacia la rueda para lograr la remoción de material.

5 PROCESO DE ARRANQUE DE VIRUTA

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9 HERRAMIENTA DE CORTE La rueda de esmeril consiste en partículas abrasivas y material aglutinante. Los materiales aglutinantes mantienen las partículas en su lugar y establecen la forma y la estructura de la rueda. Estos dos ingredientes y la forma en la que se fabrican determinan cinco parámetros básicos: 1.Material abrasivo 2.Tamaño de grano 3.Material aglutinante 4.Dureza de la rueda 5.Estructura de la rueda

10 Material abrasivo Los diferentes materiales abrasivos se adecuan para esmerilar diferentes materiales de trabajo. Las propiedades de un material abrasivo paras las ruedas de esmeril alta dureza, resistencia al desgaste, tenacidad y fragilidad. En la actualidad los abrasivos de mayor importancia son: Óxido de aluminio (AL2O3) Carburo de silicio (SiC) Súper abrasivos Nitruro de Boro cubico (CNB) Diamante

11 Material abrasivo

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14 Tamaño de grano El tamaño de grano nominal se obtiene por el número de mallas de la criba por pulgada (mesh).

15 Tamaño de grano Los granos se clasifican mediante cribas normalizadas en distintas categorías de tamaño.

16 Tamaño de grano

17 El tamaño de grano de partículas abrasivas es un parámetro muy importante para la determinación del acabado superficial y la velocidad de remoción de material.

18 Material aglutinante Los materiales aglutinantes sujetan a los granos abrasivos y establecen su forma e integridad estructural de la rueda de esmeril. Los materiales aglutinantes comunes usados en las ruedas de esmeril incluyen los siguientes: 1.Aglutinantes verificados. 2.Aglutinante de silicato. 3.Aglutinante de hule. 4.Aglutinante de resina. 5.Aglutinante de laca. 6. Aglutinante metálico.

19 Material aglutinante

20 Dureza de la rueda Indica la resistencia del aglutinante de la rueda de esmeril para retener los granos abrasivos durante el corte. La dureza de los granos de la muela se expresa de la siguiente manera:

21 Estructura de la rueda La estructura de la rueda se refiere al esparcimiento relativos entre los granos abrasivos. Además de los granos abrasivos y el material aglutinante, las ruedas de esmeril contienen huecos o poros. 1.Abrasivos (32% hasta 54%) 2.Aglomerante (2% hasta 20%) 3. Poros (15% hasta 55%)

22 Estructura de la rueda La estructura de la rueda abrasiva se indica a través de un número y define la distancia de los granos abrasivos entre si dentro de un cuerpo abrasivo. Tabla de estructura

23 Especificación de las ruedas La especificación de ruedas de esmeril definido por la American National Standards Institute (ANSI).

24 Especificación de las ruedas La norma ANSI para las ruedas de esmerilado de diamante y de Nitruro de boro cubico es ligeramente diferente que la de las ruedas convencionales

25 Geometría de las ruedas Existen muchos tipos de muelas abrasivas destinadas a cumplir una función en el proceso de mecanizado de una pieza mecánica. Para identificar que muela debe usarse hay que tener en cuenta tres factores importantes: 1.Forma 2.Tamaño 3. Operación a realizar

26 Forma de las ruedas A continuación se ilustran las formas de las ruedas o herramientas abrasivas según la ISO 525 :

27 Forma de las ruedas

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36 Selección de las ruedas En diversos materiales se pueden encontrar recomendaciones especiales para escoger las ruedas y los parámetros del proceso adecuado para los metales.

37 Operaciones de esmerilado Esmerilado de superficies planas

38 Operaciones de esmerilado Esmerilado cilíndrico externo

39 Operaciones de esmerilado Esmerilado cilíndrico interno

40 Operaciones de esmerilado Esmerilado cilíndrico interno

41 Operaciones de esmerilado Esmerilado sin centros

42 Operaciones de esmerilado Esmerilado interno sin centros

43 Operaciones de esmerilado Esmerilado sin puntos

44 Otras operaciones de esmerilado El afilado de herramientas

45 Otras operaciones de esmerilado Esmeriles de discos

46 Otras operaciones de esmerilado Esmerilado de bandas abrasivas

47 Análisis del proceso de esmerilado Espesor de viruta (h)

48 Análisis del proceso de esmerilado Espesor de viruta (h) Esmerilado cilíndrico exterior Donde: h´ max = espesor de viruta arrancada. v ap = Velocidad de la pieza. p = profundidad de corte. λ = distancia entre granos abrasivos. r m = Radio de la muela. r p = Radio de la pieza. v = Velocidad de la muela.

49 Análisis del proceso de esmerilado Espesor de viruta (h)

50 Análisis del proceso de esmerilado Espesor de viruta (h) Esmerilado cilíndrico interior Donde: h´ max = espesor de viruta arrancada. v ap = Velocidad de la pieza. p = profundidad de corte. λ = distancia entre granos abrasivos. r m = Radio de la muela. r p = Radio de la pieza. v = Velocidad de la muela.

51 Análisis del proceso de esmerilado Espesor de viruta (h)

52 Análisis del proceso de esmerilado Espesor de viruta (h) Esmerilado de superficies planas Donde: h´ max = espesor de viruta arrancada. v ap = Velocidad de la pieza. p = profundidad de corte. λ = distancia entre granos abrasivos. r m = Radio de la muela. v = Velocidad de la muela.

53 Análisis del proceso de esmerilado Distancia entre granos λ

54 Análisis del proceso de esmerilado Distancia entre granos λ

55 Análisis del proceso de esmerilado Velocidad de corte Donde: V c = velocidad de la muela (m/s). ns = velocidad de giro de la muela abrasiva (rpm) ds = diámetro de la muela (mm)

56 Análisis del proceso de esmerilado Velocidad de la pieza de trabajo Donde: V w = velocidad de la pieza de trabajo (m/s). ns = velocidad de giro de la pieza de trabajo (rpm) ds = Diámetro de la pieza de trabajo (mm) 1.Esmerilado cilíndrico

57 Análisis del proceso de esmerilado Velocidad de la pieza de trabajo Donde: V w = velocidad de la pieza de trabajo (m/s). Vt = velocidad de avance de la mesa (rpm). 2. Esmerilado plano

58 Análisis del proceso de esmerilado Velocidad de la pieza de trabajo Donde: V w = velocidad de la pieza de trabajo (m/s). Vt = velocidad de avance de la mesa (rpm). 2. Esmerilado plano

59 Depende del material y de la operación que se realiza, este valor oscila. Análisis del proceso de esmerilado Profundidad de pasada

60 Análisis del proceso de esmerilado Tasa de arranque de viruta Donde: Qw = Tasa de arranque de viruta por unidad de tiempo [mm3/s] ae = Ataque de trabajo (aproximación) [mm] ap = Ancho de ataque de la muela abrasiva [mm] Vft = Velocidad de avance tangencial [mm/s]

61 Análisis del proceso de esmerilado Relación de velocidad Donde: qs = Relación de velocidad Vc = Velocidad de corte [m/s] Vw = Velocidad de la pieza de trabajo [m/min].

62 Análisis del proceso de esmerilado Volumen de arranque de viruta 1. Esmerilado cilíndrico exterior Donde: Vw = Volumen de arranque de viruta [mm3] dw1 = Diámetro inicial de la pieza de trabajo [mm] dw2 = Diámetro final de la pieza de trabajo [mm] lw = Longitud de mecanizado en la pieza de trabajo [mm]

63 Análisis del proceso de esmerilado Volumen de arranque de viruta 2. Esmerilado plano longitudinal Donde: Vw = Volumen de arranque de viruta [mm3] bw = Ancho de la pieza de trabajo [mm] Zw = Medida sobrante para rectificado [mm] lw = Longitud de mecanizado en la pieza de trabajo [mm].

64 Análisis del proceso de esmerilado Volumen de arranque de viruta 3. Esmerilado plano transversal Donde: Vw = Volumen de arranque de viruta [mm3] bs = Ancho de la pieza de trabajo [mm] Zw = Medida sobrante para rectificado [mm] lw = Longitud de mecanizado en la pieza de trabajo [mm].

65 Análisis del proceso de esmerilado Relación de esmerilado G Donde: G = Relación de esmerilado VW = Volumen de material desprendido [mm3] VS =Volumen de muela consumido [mm3].

66 Análisis del proceso de esmerilado Relación de esmerilado G

67 Análisis del proceso de esmerilado Longitud de contacto geométrica Donde: lg = Longitud de contacto geométrica [mm] Dse = Diámetro de la muela abrasiva equivalente [mm] ae = Ataque de trabajo (profundidad) [mm] Rz = Profundidad de rugosidad media [mm].

68 Análisis del proceso de esmerilado Fuerza de corte especifica Donde: Kcm = Fuerza de corte específica media [N/mm2] kc1.1 = Valor principal de la fuerza de corte específica [N/mm2] hm = Espesor de corte de la viruta medio [mm] m= Pendiente (específica del material) KSch = Factor de corrección para influencia del tamaño de grano.

69 Análisis del proceso de esmerilado Fuerza de corte principal media por filo Donde: Fcmz = Fuerza de corte media por filo [N] b = Ancho de corte de la viruta = ancho de rectificado eficaz ap [mm] hm = Espesor de corte de la viruta medio [mm] Kcm = Fuerza de corte específica media [N/mm2].

70 Análisis del proceso de esmerilado Ángulo de ataque 1. Esmerilado cilíndrico Donde: Δ ϕ = Ángulo de ataque [°] ae = Ataque de trabajo (profundidad (p)) [mm] dm = Diámetro de la muela [mm] dp= Diámetro de la pieza [mm].

71 Análisis del proceso de esmerilado Ángulo de ataque 1. Esmerilado plano Donde: Δ ϕ = Ángulo de ataque [°] ae = Ataque de trabajo (profundidad (p)) [mm] dm = Diámetro de la muela [mm]

72 Análisis del proceso de esmerilado Cantidad de filos de ataque Donde: Zie = Cantidad de filos en ataque dm = Diámetro de la muela abrasiva [mm] Δφ = Ángulo de ataque [°] λ = Distancia entre granos efectiva [mm].

73 Análisis del proceso de esmerilado Fuerza de corte total media Donde: Fcm = Fuerza de corte total media [N] Fcmz = Fuerza de corte media por filo [N] Zie = Cantidad de filos en ataque.

74 Análisis del proceso de esmerilado Potencia de cortePotencia de avance Donde: Pc = Potencia de corte [kW] Fcm = Fuerza de corte media [N] Vc = Velocidad de corte [m/s]. Donde: Pa = Potencia de avance [kW] Fa = Fuerza de avance [N] Vp = Velocidad de la pieza [m/s].

75 El aumento de temperatura durante el rectificado puede afectar en forma adversa las propiedades de la superficie y causar esfuerzos residuales en la pieza. Los gradientes de temperatura producen distorsiones por diferencias de dilatación y contracción, y cuando el calor del rectificado se transfiere a la pieza se hace dificultoso controlar la exactitud dimensional del acabado. Análisis del proceso de esmerilado Temperatura en el esmerilado

76 Aunque el esmerilado y otros procesos de eliminación abrasivos se pueden efectuar en seco, es importante usar un fluido. Evita el aumento de la temperatura en la pieza y mejora el acabado superficial y exactitud dimensional. También mejora la eficiencia de la operación porque reduce el desgaste y la carga en la piedra y bajan el consumo de potencia. Análisis del proceso de esmerilado Fluido en el esmerilado

77 Las vibraciones durante el proceso del rectificado pueden dar lugar a efectos indeseados en lo que hace a la terminación de la pieza, ya que produce marcas indeseadas e irregularidades en la superficie y desgaste de componentes de la máquina. Las variables importantes en el estudio de las vibraciones son: 1.La rigidez de la máquina herramienta 2.La rigidez de los soportes 3.Los sujetadores de la pieza, y el amortiguamiento 4.La falta de uniformidad de la piedra 5.El desgaste disparejo de la misma y las técnicas de afilado que se empleen. Análisis del proceso de esmerilado Vibraciones en el esmerilado

78 Las ruedas de esmeril se desgastan como cualquier herramienta de corte convencional. Se reconocen tres mecanismos como las causas principales de desgaste en las ruedas de esmeril: 1) Fractura de los granos, 2)Desgaste por rozamiento 3)Fractura del aglutinante. DESGASTE DE LAS RUEDAS

79 El volumen de desgaste de muela abrasiva Vs se calcula como sigue: Cálculo del desgaste de las ruedas Donde: Vs = Volumen de desgaste de la muela [mm3] Vsr = Volumen de desgaste radial [mm3] Vw = Volumen de desgaste de aristas [mm3]. ds = Diámetro de la muela abrasiva [mm] Asr = Superficie de desgaste radial [mm2] Ask = Superficie de desgaste de aristas [mm 2 ]

80 Acondicionamiento de las herramientas

81 Herramientas de reavivado fijas

82 Acondicionamiento de las herramientas Magnitudes de ajuste para herramientas reavivado fijas

83 Acondicionamiento de las herramientas Aproximación de reavivado a ed

84 Acondicionamiento de las herramientas Velocidad de avance de reavivado axial Donde: V fad = Velocidad de avance de reavivado axial [mm/min] f ad = Avance axial del eje [mm] n sd = Velocidad de giro de la muela abrasiva en el reavivado [r.p.m.]

85 Acondicionamiento de las herramientas Ancho activo de la herramientas reavivado

86 Acondicionamiento de las herramientas Empleo de herramientas de reavivado monogranulares

87 Acondicionamiento de las herramientas Empleo de herramientas de reavivado monogranulares

88 El aderezado se hace para restablecer la acción de corte de la rueda fracturando y arrancando los granos los granos achatados para exponer filos frescos de corte o expulsar el material embebido. Aderezado y enderezado de las ruedas El enderezado por trituración es un método de enderezar y aderezar una rueda de esmerilado por medio de un rodillo puro, algunas veces impregnado con diamante, que se oprime contra la rueda de esmeril que gira lentamente.

89 Máquinas de esmerilado Esmeriladora para superficies cilíndricas universal

90 Máquinas de esmerilado Esmeriladora para superficies cilíndricas universal Descripción de las partes de la máquina: 1.Base 2.Mesa 3.Cabezal de la rueda 4.Unidad del cabezal 5.Base para contrapunto 6.Soporte fijo central 7.Soporte fijo 8.Cabezal para el rectificado interno 9.Volante transversal de la mesa 10.Manivela de avance transversal

91 Máquinas de esmerilado Esmeriladora tangencial

92 Máquinas de esmerilado Esmeriladora tangencial Descripción de las partes de la máquina: 1.Muela 2.Bancada 3.Montaje donde se desliza verticalmente el cabezal del portamuelas 4.Cabezal del portamuelas 5.Carro transversal 6.Soporte fijo central 7.Mesa de movimiento longitudinal

93 Máquinas de esmerilado Esmeriladora superficies planas

94 Máquinas de esmerilado Esmeriladora superficies planas Descripción de las partes de la máquina: 1.Volante de grados de inclinación en el cabezal 2.Volante de desplazamiento vertical 3.Muela 4.Mandril magnético 5.Topes 6.Volante de desplazamiento longitudinal 7.Pomo de mango embragador 8.Volante de avance transversal 9.Interruptor del refrigerante 10.Interruptor motor de mesa 11.Interruptor del motor de la muela

95 Aspectos económicos del esmerilado Factores de costo Los costos principales de una operación de esmerilado son el costo del tiempo, para la mano de obra e indirectos, el costo de la rueda, para el abrasivo usado. Los cuales estos depende de: 1. La rueda de esmerilado y su selección 2. El equipo y su operación (incluyendo otros factores como velocidad de la rueda, velocidad de trabajo, alimentación, profundidad de corte, fluido de corte y aderezado de la rueda). 3. La pieza de trabajo y su material.

96 Aspectos económicos del esmerilado Factores de costo

97 Aspectos económicos del esmerilado Factores de costo La relación de volumen G disminuye conforme la cantidad de material por remover Y aumenta y para muchos materiales puede aproximarse por la relación empírica: Para la operación mostrada en la figura 33, se encontró que el exponente n es 4.4, y C 0 = 8.83*10 8 para Y en cm3/min y 4*10 3 para in 3 /min. Pueden esperance que los factores sean diferentes para cualquier otra operación. El costo unitario por unidad de volumen es:

98 Aspectos económicos del esmerilado Factores de costo Esto ocurre cuando el costo de la maquina se iguala a n veces el costo del abrasivo expresado como: Grado de la rueda Estándar de producción, Y 1 (Mg/h (ton/h)) Relación de volumen, G 1 (Mg/cm 3 (ton/in 3 ) ) Costo de máquina, R H /Y 1 ($/Mg($/ton)) Costo de rueda, A/G 1 ($/Mg($/ton) ) Costo total C u ($/Mg($/ton )) Y 0.1818 (0.200) 0.00044 (0.008) 60.51 (55.00) 38.18 (34.38) 98.69 (89.38) Z0.2291 (0.252) 0.00035 (0.00635) 48.01 (43.65) 48.00 (43.31) 96.01 (86.96) Los ensayos de dos ruedas mostraron los siguientes resultados: Costo de operaciones en el esmerilado

99 Aspectos económicos del esmerilado Factores de costo Aumento del costo del maquinado y acabado en función del acabado superficial

100 Cuidados especiales de las ruedas Verificación y almacenamiento de las ruedas Antes de enviar las muelas se prueban conforme a las normas VGB 49 (Standards Alemanes de seguridad) y las EN 12413 o en 12236. Se comprueban los siguientes puntos: 1.Fallos de producción 2.Precisión de medida, forma y posicionamiento (forma geométrica) 3.Dureza 4.Equilibrio 5.Test de resistencia centrífuga.

101 Cuidados especiales de las ruedas Recibimiento de las ruedas Debido a que las muelas se pueden romper, deben ser manejadas y almacenadas con cuidado. 1.Evitar caídas y golpes en las muelas 2.No rodar las muelas 3.Evitar los saltos durante el transporte. 4.Almacenar las muelas en sitios secos y no helados. 5.No exponer las muelas a cambios de temperaturas amplios.

102 MONTAJE DE LAS RUEDAS Montaje de las ruedas

103 MONTAJE DE LAS RUEDAS Equilibrado de las ruedas

104 Seguridad en el proceso de esmerilado Algunas cosas básicas a tener en cuenta son: 1. Apegarse a los procedimientos, avisos e instrucciones impresos en las etiquetas de las piedras. 2. Montar las piedras en los ejes correctos para que no estén ni forzadas ni flojas. 3. Las piedras deben estar balanceadas. 4. Deben protegerse de los extremos en el ambiente (alta temperatura o humedad) 5. Las piedras abrasivas se deben usar de acuerdo con sus especificaciones y velocidades máximas de operación. 6. Se deberán seguir las indicaciones del fabricante de muelas para la utilización y montaje de estas.

105 Seguridad en el proceso de esmerilado Algunas cosas básicas a tener en cuenta son: 7.La seguridad el operador es primordial y debe equiparse con los siguientes implementos: Botas de seguridad con puntera reforzada. Gafas de protección para evitar proyecciones sobre el operario de material mecanizado y líquido refrigerante. Guantes de protección para la manipulación de piezas metálicas que puedan producir cortes.

106 Solución de problemas en el esmerilado

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108 Otros procesos abrasivos Lapeado El lapeado es un proceso de abrasión que deja rayas finas arregladas al azar. Su propósito es mejorar la calidad de la superficie reduciendo rugosidad, ondulación y defectos para producir superficies exactas lo mismo que lisas. Máquinas Lapeadoras

109 Otros procesos abrasivos Bruñido

110 Otros procesos abrasivos Bruñido 1.Efecto del lubricante

111 Otros procesos abrasivos Bruñido 1.Efecto del lubricante

112 Otros procesos abrasivos Bruñido 1.Efecto del lubricante

113 Otros procesos abrasivos Máquinado ultrasónico El esmerilado de impacto ultrasónico es un medio de cortar formas de todas las clases en materiales duros de todas las clases por aplicación potente y rápida de partículas finas abrasivas en un lodo entre la herramienta y la pieza de trabajo. En la figura 40 se muestran los elementos de la operación. La herramienta es una forma de la imagen que se va a cortar, la cual puede ser un agujero casi de cualquier forma, una cavidad o una figura de relieve.

114 Otros procesos abrasivos Pulido El pulido se hace para dar un acabado fino en superficies y con frecuencia implica remoción apreciable de metal para eliminar ralladuras, marcas de herramientas, picaduras y otros defectos de superficies burdas. Por lo general no es tan importante la exactitud dimensional y la forma de la superficie acabada, pero algunas veces pueden mantenerse tolerancias de 25 µm (0.001 in) o menos en el pulido a máquina. Abrillantado El abrillantado da un alto lustre a una superficie. Su objetivo no es eliminar mucho metal y generalmente sigue al pulido. El trabajo se oprime contra ruedas de tela, fieltro o bandas en las cuales se esparce de tiempo en tiempo abrasivo fino en un ligador lubricante.

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116 Referencias Fundamentos de manufactura moderna. Mikell p. Groover. Parte VI, capítulo 26. Alrededor de las máquinas – herramientas. Gerling. Editorial reverté S.A. Procedimientos de fabricación y control - 6ª Ed. Jose O. Avila Monteso Materiales Y Procesos De Fabricación - 2ª Ed. De Garmo, E. Paul Manufactura, Ingeniería, y Tecnología Kalpakjian Procesos de Manufactura John A Schey Herramientas, Maquinas, Trabajo escrito por Walter Bartsch http://www.itq.edu.mx/academicos/licenciatura/carreras/ii/sitio%20indust rial/manules/rectificador%20para%20superficies%20cilindricas%20univers al.pdf http://www.itq.edu.mx/academicos/licenciatura/carreras/ii/sitio%20indust rial/manules/rectificador%20para%20superficies%20cilindricas%20univers al.pdf http://www.iesunibhi.com/ikasleak/FileStorage/view/alumnos/M%C3%A1 quina-Herramienta.pdf http://www.iesunibhi.com/ikasleak/FileStorage/view/alumnos/M%C3%A1 quina-Herramienta.pdf http://pdf.directindustry.es/pdf/swaty/catalogo/33472-22237-_11.html Manual de mecanizado con arranque de viruta GARANT