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KALPAJIAN

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  • 790

    Operaciones de maquinado abrasivo y de acabado

    El maquinado abrasivo es uno de los pasos finales en la produccin de partes. Cons-ta de una serie importante de procesos debido a su capacidad para proporcionar altaprecisin dimensional y acabado superficial. En este captulo se describen:

    Fundamentos y capacidades del proceso de rectificado.

    Caractersticas de los abrasivos comunes.

    Estructura de los discos o piedras de rectificado y diversas herramientas abrasivas.

    Operaciones de rectificado y sus capacidades.

    Procesos de acabado que se basan en una accin abrasiva.

    La manera en que el maquinado abrasivo puede competir con otros procesos.

    Partes comunes fabricadas: cualquier parte que requiera alta precisin dimensional yacabado superficial, como rodamientos de bolas y rodillos, anillos de pistones, vlvu-las, levas, engranes y matrices.

    Procesos alternativos: maquinado de precisin, maquinado por descarga elctrica oelectroerosin, maquinado y rectificado electroqumico y maquinado por chorro deabrasivo.

    26.1 Introduccin

    Existen muchas situaciones de manufactura en las que los procesos descritos hasta aho-ra no pueden proporcionar la precisin dimensional y el acabado superficial requeridospor una parte, o el material de la pieza de trabajo es demasiado duro o quebradizo paraprocesarlo. Por ejemplo, considrese la precisin y el fino acabado superficial de los ro-damientos de bolas o rodillos, pistones, vlvulas, cilindros, levas, engranes, matrices ydiversos componentes utilizados en instrumentacin. Uno de los mejores mtodos paraproducir estas demandantes caractersticas en las partes es el maquinado abrasivo.

    Un abrasivo es una pequea partcula dura que posee aristas afiladas y forma irre-gular, a diferencia de las herramientas de corte ya descritas. Los abrasivos tienen la capa-cidad de remover pequeas cantidades de material de una superficie mediante unproceso de corte que genera virutas diminutas. Muchos de nosotros estamos familiariza-dos con el uso de discos o piedras abrasivas (abrasivos aglutinados), como se muestra en lafigura 26.1, para afilar cuchillos y herramientas, y con el uso de lijas de papel y tela de es-meril para alisar superficies y eliminar esquinas puntiagudas. Como se describe en este ca-ptulo, los abrasivos tambin sirven para honear, lapear, abrillantar y pulir piezas detrabajo. Con el empleo de mquinas controladas por computadora, en la actualidad losprocesos abrasivos tienen la capacidad de producir (a) una amplia variedad de geometras

    26.1 Introduccin 79026.2 Abrasivos y abrasivos

    aglutinados 79226.3 Proceso de rectificado

    79826.4 Operaciones de rectifica-

    do y rectificadoras 80826.5 Consideraciones de

    diseo para el rectificado818

    26.6 Maquinado ultrasnico818

    26.7 Operaciones de acabado820

    26.8 Operaciones de rebabeo825

    26.9 Economa de las operaciones de maquinado abrasivo y de acabado 828

    EJEMPLOS:

    26.1 Fuerzas en el rectificadode superficies planas802

    26.2 Accin de un disco derectificado 805

    26.3 Patrones de ciclos enrectificado cilndrico812

    26.4 Rectificado contra torneado duro 816

    26.5 Rectificado por banda de labes para tobera deturbinas 821

    26C A P T U L O

    26

  • 26.1 Introduccin 791

    FIGURA 26.1 Variedad de abrasivos aglutinados que se utilizanen los procesos de maquinado abrasivo. Fuente: Cortesa de NortonCompany.

    Disco de rectificado

    Discos abrasivos delgados

    Pieza de trabajo

    Pieza de trabajo

    Disco de rectificadoPieza de trabajo

    (e) (f) (g)

    (b) (c) (d) (a)

    FIGURA 26.2 Tipos de piezas de trabajo y operaciones comunes de rectificado: (a) superficies cilndricas;(b) superficies cnicas; (c) filetes en una flecha; (d) perfiles helicoidales; (e) forma cncava; (f) corte o ranura-do con discos delgados, y (g) rectificado interno.

  • 792 Captulo 26 Operaciones de maquinado abrasivo y de acabado

    en las piezas, como se puede ver en la figura 26.2, y (b) precisin dimensional y acaba-dos superficiales muy finos, como se muestra en las figuras 23.13, 23.14 y 27.4. Porejemplo, las tolerancias dimensionales pueden ser menores a 1 mm (40 mpulg) y las rugo-sidades superficiales pueden ser tan finas como 0.025 mm (1 mpulg).

    Debido a su dureza, los abrasivos tambin se usan en procesos de acabado parametales y aleaciones tratadas trmicamente y para partes muy duras en aplicaciones co-mo (a) acabado de cermicos y vidrios; (b) corte de tramos de barras, formas estructura-les, albailera y concreto; (c) remocin de puntos de soldadura y salpicaduras nodeseadas, y (d) limpieza de superficies con chorros de aire o agua que contienen partcu-las abrasivas.

    En este captulo se presentan las caractersticas de los abrasivos y su uso en diver-sos procesos de remocin de material. Como en las operaciones de corte, primero se des-cribe la mecnica de las operaciones de maquinado abrasivo. Este conocimiento ayuda aestablecer las relaciones entre las variables de los materiales y procesos de la pieza de tra-bajo y la precisin dimensional, el acabado superficial y la integridad de las superficiesde las partes producidas.

    26.2 Abrasivos y abrasivos aglutinados

    Los abrasivos que ms se utilizan en las operaciones de maquinado abrasivo son:

    Abrasivos convencionales

    xido de aluminio (Al2O3) Carburo de silicio (SiC)

    Superabrasivos

    Nitruro de boro cbico (cBN) Diamante

    Como se indica en el captulo 8, estos abrasivos son mucho ms duros que los ma-teriales convencionales de las herramientas de corte, como se observa al comparar las ta-blas 22.1 y 26.1. Debido a que los dos ltimos abrasivos arriba mencionados son losmateriales ms duros que se conocen, se les denomina superabrasivos.

    Adems de la dureza, una caracterstica bsica de los abrasivos es su friabilidad,que se define como la capacidad de los granos abrasivos para fracturarse (romperse) enpiezas ms pequeas. sta es una propiedad importante y proporciona a los abrasivossus cualidades de autoafilado, que son esenciales para mantener su filo durante el uso.La alta friabilidad indica baja resistencia o baja resistencia a la fractura del abrasivo. Porlo tanto, un grano abrasivo altamente friable se fragmenta con mayor rapidez bajo elefecto de las fuerzas de rectificado que uno con baja friabilidad. Por ejemplo, el xido dealuminio tiene menos friabilidad que el carburo de silicio y, en consecuencia, menos ten-dencia a fragmentarse.

    TABLA 26.1

    Intervalos de dureza Knoop para diversos materiales y abrasivos

    Vidrio comn 350500 Nitruro de titanio 2000Pedernal, cuarzo 8001100 Carburo de titanio 18003200xido de zirconio 1000 Carburo de silicio 21003000Aceros endurecidos 7001300 Carburo de boro 2800Carburo de tungsteno 18002400 Nitruro de boro cbico 40005000xido de aluminio 20003000 Diamante 70008000

  • 26.2 Abrasivos y abrasivos aglutinados 793

    La forma y el tamao del grano abrasivo tambin afectan su friabilidad. Por ejem-plo, los granos con forma de bloque (similares a un ngulo de ataque negativo en las he-rramientas de corte de una sola punta, como se muestra en la fig. 21.3) son menosfriables que los granos con forma de placa. Adems, ya que la probabilidad de defectoses menor conforme los granos se vuelven ms pequeos (debido al efecto del tamao),estos granos son entonces ms resistentes y menos friables que los ms grandes.

    Tipos de abrasivos. Los abrasivos comunes en la naturaleza son el esmeril, corindn(almina), cuarzo, granate y diamante. Debido a que estos abrasivos naturales suelen con-tener cantidades desconocidas de impurezas y poseen propiedades irregulares, su rendi-miento es inconsistente y poco confiable. Por lo tanto, durante muchos aos se hanfabricado abrasivos sintticos, como se describe a continuacin:

    El xido de aluminio se prepar por primera vez en 1893 y se produce fundiendobauxita, limaduras de hierro y coque. Los xidos de aluminio fundido se clasificanen cristal oscuro (menos friable), blanco (muy friable) y simple.

    El gel sembrado se introdujo por primera vez en 1987 y es la forma ms pura de xi-do de aluminio sin fundir. Tambin se conoce como xido de aluminio cermico.Tiene un tamao de grano de 0.2 mm, que es mucho ms pequeo que otros tipos degranos abrasivos de uso comn. Estos granos se sinterizan a fin de obtener tamaosms grandes. Debido a que son ms duros que la almina fundida y su friabilidad esrelativamente alta, el gel sembrado mantiene su filo y se usa en particular para mate-riales difciles de rectificar.

    El carburo de silicio se descubri en 1891 y se fabrica con arena de slice y coquede petrleo. Los carburos de silicio se dividen en negros (menos friables) y verdes(ms friables). Tienen mayor friabilidad que los xidos de aluminio y, por lo tanto,mayor tendencia a fracturarse y permanecer afilados.

    El nitruro de boro cbico se desarroll por primera vez en la dcada de 1970. Suspropiedades y caractersticas se describen en las secciones 8.2.3 y 22.7.

    El diamante (tambin conocido como diamante sinttico o industrial) se utiliz porprimera vez como abrasivo en 1955. Sus propiedades y caractersticas se describenen las secciones 8.7 y 22.9.

    Tamao de los granos abrasivos. En las operaciones de manufactura, los abrasi-vos son por lo general ms pequeos que las herramientas de corte e insertos que descri-bimos en los captulos 21 y 22. Adems, tienen aristas afiladas, que permiten removercantidades mnimas de material de la superficie de la pieza de trabajo. Por lo tanto, sepueden obtener acabado superficial y precisin dimensional muy finos utilizando abrasi-vos como herramientas.

    El tamao de un grano abrasivo se identifica por el nmero de grano, que es unafuncin de tamao de tamiz: cuanto ms pequeo es el tamao del grano, ms grande se-r su nmero. Por ejemplo