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SEMANA 5 – FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS INDUSTRIALES

FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS INDUSTRIALES SEMANA 5

Herramientas de procesos de remoción

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SEMANA 5 – FUNDAMENTOS DE MÁQUINAS Y HERRAMIENTAS INDUSTRIALES

APRENDIZAJES ESPERADOS El estudiante será capaz de: •

Considera el funcionamiento de las herramientas del proceso de remoción de materiales, a partir de las características de los procesos que la conforman.

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APRENDIZAJES ESPERADOS ............................................................................................................ 2 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 4 1.

2.

3.

PROCESOS MECÁNICOS .......................................................................................................... 5 1.1.

MAQUINADO CON CHORRO ABRASIVO (mca) ............................................................. 5

1.2.

MAQUINADO ULTRASÓNICO....................................................................................... 6

1.3.

CON CHORRO DE LÍQUIDO .......................................................................................... 7

PROCESOS ELECTROQUÍMICOS ............................................................................................... 8 2.1.

MAQUINADO ELECTROQUÍMICO ................................................................................ 9

2.2.

ESMERIADO ELECTROQUÍMICO................................................................................. 10

2.3.

RECTIFICACIÓN O PULIMENTADO ELECTROQUÍMICO ................................................ 10

PROCESOS QUÍMICOS .......................................................................................................... 11 3.1.

MAQUINADOS O FRESADOS QUÍMICOS .................................................................... 12

3.2.

GRABADO POR ATAQUE QUÍMICO ............................................................................ 12

3.3.

PUNZONADO QUÍMICO............................................................................................. 13

COMENTARIO FINAL .................................................................................................................... 14 REFERENCIAS………………………………………………………………………………………………………………………………..15

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INTRODUCCIÓN En la actualidad podemos procesar cualquier material sin importar la dureza que lo caracterice. Esto se debe al desarrollo y evolución que en el transcurso del tiempo han tenido las maquinarias, procesos y tecnologías para el uso, ensamble y transformación de diversos materiales en piezas desde pequeñas o grandes dimensiones, utilizando para ello la física como ciencia para explicar los fenómenos de transformación de los materiales, así como el efecto químico de la aplicación de ciertas sustancias sobre los cuerpos que se quieren

moldear. Algunos de estos métodos de transformación son la presión, el corte y el desgaste, o mediante la química aplicando diferentes sustancias. De igual modo, para el procesamiento se usa la electricidad con sus componentes de voltaje y energía como fuente potencial para producir el movimiento. El resultado son piezas de estructuras únicas, con aplicaciones y utilidades que vemos con normalidad, pero cuyo proceso es mecanizado y de elevada complejidad.

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1. PROCESOS MECÁNICOS

Comencemos con una reflexión: ¿Sabías que los procesos mecánicos, químicos y electroquímicos posibilitan la creación de geometrías complejas y con tolerancias de fallas muy ajustadas?

Los procesos mecánicos de remoción de material son todos aquellos donde la aplicación de una máquina herramienta ejecuta el retiro de material excedente de la pieza originaria, con el fin de obtener de esta el diseño esperado, a través de la aplicación de la fuerza y el roce que ejerce la herramienta sobre la pieza causando la remoción. Los procesos mecánicos posibilitan el desarrollo de medios industriales, cuyo objetivo final es la creación y optimización de componentes y piezas mecánicas

1.1.

MAQUINADO CON CHORRO ABRASIVO (MCA)

Se utiliza para el corte de materiales duros y quebradizos. Este proceso es similar a una tormenta de arena, utilizando pequeñas partículas de abrasivo muy finas y control de cierre a baja velocidad. A velocidades alrededor de 900 a 18.000 m/min, por medio del aire se soportan partículas abrasivas que chocan en la pieza a dichas velocidades. Se usan para el corte polvos de óxido de aluminio o carburo de silicio, mientras que los polvos ligeros como la dolomita o bicarbonato de sodio sirven para limpieza, grabado o pulido. Los polvos no son removidos, con el fin de evitar la contaminación de la pieza, lo cual impide que los mismos obstruyan el sistema.

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Maquinado con chorro abrasivo Fuente: https://images.app.goo.gl/KChoWovBYVrckFLdA Este proceso permite cortar materiales frágiles sin dañarlos. Otros usos incluyen vidrio escarchado, remoción de óxidos en superficies metálicas, taladrado, rebabado, grabado de modelos, corte de secciones finas de metal y corte y moldeo de materiales cristalinos. Este proceso no es adecuado para el corte de materiales blandos porque las partículas abrasivas tienden a embutirse. Comparando, esta relación de remoción de material es lenta respecto de los procesos convencionales.

1.2.

MAQUINADO ULTRASÓNICO

Conocido por sus siglas en inglés USM (Ultrasonic Machining) es un procedimiento de disposición mecánica en el que se remueve material de la pieza dejando una forma específica en ella. En su funcionamiento la herramienta vibra a 20 kHz y gira a unos 5 krpm, todo ello conducido por un líquido abrasivo que sirve para refrigerar la pieza, los materiales normalmente usados son el acero, acero inoxidable y molibdeno, etc.

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Maquinado ultrasónico Fuente: https://images.app.goo.gl/Tpdu3wusybeHvyDd9 La forma de la herramienta es importante para que no recoja energía, la punta nunca toca la pieza que suele ser de materiales dúctiles, el material abrasivo (comprendido en una pasta) es el que realmente se come el material, habitualmente las partículas de abrasivo suelen ser duras, como por ejemplo diamante, nitruro cúbico de boro, carburo de boro (B4C), carburo de silicio (SiC) y óxido de aluminio (Al2O3), de estos el más usado es el carburo de boro.

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En el siguiente video, puedes revisar el funcionamiento del maquinado ultrasónico https://www.youtube.com/watch?v=1f5yMLuT9Wc

1.3.

CON CHORRO DE LÍQUIDO

Este es un proceso de índole mecánica donde el corte por chorro de agua es la esencia de este, mediante el cual se consigue cortar cualquier material haciendo impactar sobre este un chorro de agua a gran velocidad que produce el acabado deseado.

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Siendo un método de corte en frío resulta especialmente interesante, ya que está demandado en

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En el siguiente video, puedes revisar el corte de materiales con chorro líquido: https://www.youtube.com/watch?v=1f5yMLuT9Wc

todas las aplicaciones en las que el material no se pueda ver afectado por el calor. Preexisten numerosas ventajas que hacen de este un producto destacado en el mundo industrial, respecto a otros métodos más limitados. Resulta una herramienta muy versátil y cuya aplicación puede extenderse a prácticamente todos los trabajos industriales.

2. PROCESOS ELECTROQUÍMICOS

Reflexionemos: ¿Sabías que los procesos electroquímicos se relacionan con la conversión de energía química en energía eléctrica o viceversa?

Los procesos electroquímicos son todos aquellos procesos de transformación que se dan por la intervención de la electricidad y un componente químico, mediante la reacción química en una corriente eléctrica, donde figura la polarización, ya que los cuerpos al ser transformados y los elementos usados, toman una polaridad figurando uno como cátodo y otro como ánodo. Estos procesos de transformación por lo general decantan en una disposición de materiales sólidos, es importante destacar que estos procesos se dan a nivel molecular y atómico mediante el desprendimiento de partes de componentes de los materiales. Los procesos electroquímicos, debido a una reacción espontánea liberan electricidad o viceversa, a causa de reacciones óxido reducción (REDOX) en los elementos intervinientes.

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En el siguiente video, puedes revisar el proceso REDOX:

https://www.youtube.com/watch?v=7OZ5MrhHT2c&t=109s

Una reacción oxido reducción consiste en el aumento o disminución del estado de oxidación de uno o más de los elementos intervinientes.

2.1.

MAQUINADO ELECTROQUÍMICO

Son procesos de mecanizado, donde el desprendimiento del material de la pieza es el resultante de la acción de la electricidad y a la aplicación de una sustancia química compuesta de electrolitos. El proceso consiste en la polarización de la pieza de mecanizado, así como la herramienta, tomando cada una un polo, la herramienta figura entonces como cátodo (polo negativo) y la pieza como ánodo (polo positivo), mientras se hace correr entre ambas una sustancia que por lo general se emplea nitrato sódico (NaNO3) o cloruro sódico (NaCl). En este escenario por efecto químico y de atracción comienzan a desprenderse los iones metálicos, los cuales son llevados por la sustancia química a otra parte, es importante destacar que la aplicación de corriente es continua o pulsante, y el nivel del precisión de este mecanizado es muy un alto, debido a que sucede el desprendimiento específicamente donde confluyen la acción de la corriente eléctrica y la sustancia química cargada de electrolitos, que a su vez atrae a los iones de metal desprendidos. Aquí nuevamente se manifiesta el principio de atracción magnética de los polos opuestos. industrias donde suele utilizarse esta técnica para la confección de materiales y piezas complejas son: automovilística, biomédica, petroquímica, entre otros. Este tipo de maquinado suele utilizare en la elaboración de piezas complejas, como, por ejemplo, en la elaboración de materiales conductores para la industria aeronáutica y aeroespacial. Otras

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Con este procedimiento se posibilita remover 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 difíciles de cortar. Además, el desgaste de la herramienta es insignificante porque nunca toca la pieza de trabajo. El maquinado electromecánico es adecuado para producir agujeros redondos pasantes, cuadrados pasantes, ciegos redondos o cuadrados, cavidades sencillas con lados rectos, paralelos y para operaciones de cepillo, por su precisión.

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En el siguiente video, puedes revisar el proceso de maquinado electroquímico: https://www.youtube.com/watch?v=iMPQwfkoAdk

2.2.

ESMERILADO ELECTROQUÍMICO

Este sistema posibilita en gran medida el maquinado de piezas de trabajo de metal delgado y frágil y las modernas aleaciones de la era espacial, así como piezas de telecomunicaciones. En el esmerilado electrolítico, se remueve el material de la superficie de la pieza de trabajo con una combinación de la acción electroquímica y una rueda abrasiva con aglutinación metálica (en el proceso se remueve metal por una combinación de energía eléctrica y química). Cerca del 90% del metal se desprende de la superficie de la pieza con la acción electroquímica, mientras que el porcentaje restante lo “barre” la rueda abrasiva. Observando según sus utilidades se puede describir que el proceso de esmerilado electrolítico es cercano al de maquinado electroquímico.

2.3. •

RECTIFICACIÓN O PULIMENTADO ELECTROQUÍMICO

Pulido electroquímico: Es el mismo proceso que el mecanismo electroquímico, pero sin avance. Con velocidades de electrolito y densidades de corriente menores, generando superficies de acabado muy fino, con valores de Ra (radio) del orden de 0,25 a 0,30 μm.

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Rectificado electroquímico: En este método el electrodo trabaja como una muela cuyo abrasivo son gránulos de diamante natural en bruto, siendo el aglomerante un metal. La misión del esmeril es retraer las partes metálicas de los electrodos manteniendo el intersticio, barrer los residuos y arrancar viruta si la muela se pone en contacto con la pieza. Este proceso se aplica casi con exclusividad al afilado de herramientas de metal excesivamente duro.

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En el siguiente video, puedes revisar el proceso de rectificado electroquímico: https://www.youtube.com/watch?v=6ZegvvYnr_U

3. PROCESOS QUÍMICOS

Reflexionemos: ¿Sabías que un proceso químico transforma la materia inicial, a través de cambios químicos o físicos de la materia?

Procesos de transformación de las piezas mediante la aplicación de soluciones ácidas en los casos de aceros y soluciones alcalinas en los casos de mecanizados en piezas de aluminio, las cuales en todo caso corroen el metal realizando desprendimientos superficiales en las piezas. Es un género de mecanizado diferente, generando un conjunto de operaciones químicas o físicas ordenadas a la transformación de unas materias iníciales en productos finales diferentes. Algunos ejemplos de procesos químicos son:

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Combustión: al quemar un papel se transforma en cenizas y, durante el proceso, se desprende humo. (inicialmente, tendríamos papel y oxígeno, al concluir el cambio químico tenemos cenizas y dióxido de carbono, sustancias diferentes a las iniciales).

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Corrosión: un trozo de hierro en la intemperie se oxida y pierde sus propiedades iniciales. (Las sustancias iniciales serían hierro y oxígeno, la sustancia final es óxido de hierro, con unas propiedades totalmente diferentes a las de las sustancias iniciales).

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Otros ejemplos: la mezcla de ácido sulfúrico e hidróxido de sodio se obtiene una sal, el sulfato de sodio, entre otros.

3.1.

MAQUINADOS O FRESADOS QUÍMICOS

Es una técnica de remoción de material, que se fundamenta en la eliminación de material no deseado por ataque de una sustancia química activa, como puede ser una solución acuosa ácida o alcalina, según el ataque químico húmedo también conocido como fresado químico. Las partes que no se desee que sean atacadas han de ser protegidas con recubrimientos aislantes. Modificando dichos aislamientos entre ataques se pueden conseguir diferentes geometrías, así como mayores profundidades si se hace en varios pasos.

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En el siguiente video, puedes revisar el proceso de fresado químico: https://www.youtube.com/watch?v=Wp50DjFHRpA

3.2.

GRABADO POR ATAQUE QUÍMICO

Es un proceso adecuado para grandes superficies, ya que la eliminación de material puede llevarse a cabo mediante la inmersión en la sustancia atacante, que en este proceso serían químicos, o bien por simple proyección de esta como recubrimientos de ala, ya que el ataque se produce en función del tiempo. Si bien las velocidades de mecanizado que se consiguen no son muy elevadas, se cuenta

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con la ventaja de poder atacar toda la pieza de una vez. Se observa que la actividad de dicha sustancia va disminuyendo conforme avanza el tiempo, lo cual se trata de paliar en parte mediante la agitación de esta con el fin de renovar la sustancia activa en las zonas de ataque. Además, para conseguir una mejor evacuación de los residuos de material eliminado se suelen disponer las piezas en posición vertical, ya que por gravedad se depositarán dichos restos en el fondo de la cubeta de inmersión.

3.3.

PUNZONADO QUÍMICO

El punzonado es una operación de transformación de una pieza, por lo general una chapa metálica, mediante una herramienta con la aplicación de una sustancia química relativamente simple, con lo cual se consigue separar parte de la pieza obteniéndose una figura determinada. Este proceso se realiza de manera dinámica y violenta, por impacto sobre la pieza. Debido a que el punzonado se logra con la aplicación de químicos abrasivos, puede ajustar el proceso para que este sea de manera delicada y prolija, lográndose obtener modificaciones en pequeñas plaquetas como el caso de los circuidos eléctricos, las cuales son de dimensiones pequeñas y frágiles. Algunos ejemplos de uso del punzonado químico hacen referencia a la industria aeronáutica, elementos quirúrgicos, y microcomponentes.

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En el siguiente video, puedes revisar el proceso de punzonado químico: https://www.youtube.com/watch?v=2O1TyJGXuWY

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COMENTARIO FINAL Los procesos de remoción de partes de las piezas bajo mecanizado se realizan en una gran variedad de maquinarias. Desde las básicas de movimiento de una muela abrasiva como en el caso de las esmeriladoras y las rectificadoras (vistas en la semana 4), por la acción de un motor eléctrico y un conjunto de sistemas mecánicos como los volantes y bielas accionando el movimiento de corte sobre la pieza, hasta inventos y la aplicación de otros conocimientos combinando con los principios de mecanización como el ultrasonido, chorros abrasivos en combinación con el agua, la electroquímica entre otros. Es importante destacar que esta variedad de alternativas ha permitido especificar trabajos de mecanizado desde el uso de la prensa por ejemplo para moldear, las de remoción para piezas cóncavas como la fresadora, así como las más avanzadas y exactas en cuanto la aplicación de ultrasonido y la electroquímica, específicamente en partes de las piezas, lográndose cumplir con estándares más exigentes por ejemplo como el de la industria aeroespacial. Esto trae también consigo una variedad de costos de producción asociados, así como el requerimiento de mano de obra especializada en el manejo de maquinarias cada vez más sofisticadas.

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REFERENCIAS Domínguez. (1985). Tecnología de los metales II. En Tecnología de los metales II. La Habana: Ediciones la Habana. Glizmanenco. (1981). Soldadura y corte de los metales. Cuba: Científico Técnica. Hernández. (2007). Manual del soldador. España: Cesol. Morales, P. N. (2005). Educación laboral 9º grado. Cuaderno complementario. En P. N. Morales, Educación laboral 9º grado. Cuaderno complementario. La Habana: Pueblo y Educación. Naciones Unidas. (2009). Clasificación Industrial Internacional Uniforme de todas las actividades económicas (CIIU). En N. Unidas. Nueva York. Schvab, L. (2011). Máquinas y Herramientas. En L. Schvab, Máquinas y Herramientas. Buenos Aires: Insituto Nacional de Educación Tecnológica.

PARA REFERENCIAR ESTE DOCUMENTO, CONSIDERE: IACC (2020). Herramientas de procesos de remoción. Fundamentos de Máquinas y Herramientas Industriales. Semana 5.

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