TECNOLOGIA PARA LA FABRICACION II

INDUSTRIAS IINDUSTRIAS I

MAQUINADOS NO TRADICIONALES

MAQUINADO NO TRADICIONAL

• Desde la segunda Guerra Mundial se han

desarrollado procesos no tradicionales por la

necesidad de:

- Maquinar metales recién desarrollados, con

propiedades especiales a los que no se aplican

métodos convencionales por su tenacidad y su alta resistencia.

- Geometrías complejas, que no se obtienen

por maquinado convencional

- Evitar daños externos en la zona del

maquinado por tensiones originadas por el

arranque de viruta, etc.arranque de viruta, etc.

- Estos requerimientos han acompañado el

desarrollo de industrias como la Aeronáutica,

Electrónica y Espacial.

Procesos no tradicionales.

• Se clasifican según la forma principal energía

que usan para remover material.

- MECANICOS: No se usan herramientas de - MECANICOS: No se usan herramientas de

corte convencionales, trabajo por corriente

abrasiva (CHORRO) y/o fluidos

- ELECTRICOS: Usan energía electroquímica

para remover el material (opuesto al electro

chapeado).

- TERMICOS: Se aplica energía térmica a una

parte muy pequeña de la superficie a trabajar,

remoción por fusión o vaporización del metal

(conversión de energía eléctrica)

- QUIMICOS: Los metales son susceptibles de

ataques químicos por medio de ácidos y otras

sustancias; en el maquinado químico las zonas

que no deben alterarse se protegen con una

mascarilla.

*MECANICOS*herramienta

vibratoria

1. Ultrasónico: baja amplitud

(Pasta fluida) (0,07 mm)(Pasta fluida) (0,07 mm)

alta frecuencia

(20000 Hz)

2 .Chorro H2O

3 .Chorro H2O abrasivo

4. Chorro abrasivo (corriente de gas)

1) Ultrasónico:- Herramientas: acero suave y acero inoxidable

- Abrasivos: H2O + Partículas (nitrato de Boro,

oxido de Aluminio, Carburo de Silicio,

Diamante).

Parte removida vs Herramienta = 100:1Parte removida vs Herramienta = 100:1

(usado en cerámicos, vidrio y carburos) Corte de

metales. Ideal para acero inox.y titanio ( 1:1)

HIDRODINAMICO

2) HidrodinámicoChorro H2O

- Diámetro de la boquilla: 0,1a 0,4mm (zafiro, rubí o diamante)

- Presión: 60000lb/in² ( 400Mpa)

- Velocidad del chorro: 900m/seg

- Fluido de corte: solución de polímeros- Fluido de corte: solución de polímeros

- Separación e/boquilla y sup.: 1/8 in ó 3,2mm

- Velocidad de corte: 5mm/seg hasta 500 mm/seg

- Plásticos, textiles, mosaicos, alfombras, pieles, papelería, corte 3D (tableros de automóviles)

No es apto para materiales frágiles

3) Chorro H2O abrasivo

- Generalmente se usa para metales

- Abrasivo: oxido de aluminio, Dióxido de silicio

- Diámetro de la boquilla: 0,25 a 0,63mm

- Presión: 400Mpa

- Distancia: ¼ a ½ la del chorro de agua

- Velocidad de corte: 5 mm / seg.

4) Chorro de Gas Abrasivo

- Gas seco: aire, helio, nitrógeno

- Diámetro de la boquilla: 0,075 a 1mm

- Presión: 200lb/in² ( 1,4Mpa)

- Velocidad del chorro: 2,5 a 5m/seg

- Distancia: mínimo 1/8 in- Distancia: mínimo 1/8 in

- Abrasivos: oxido de aluminio, carburo de silicio, perlas de vidrio (pulido)

- Diámetro de partículas: 15 a 40μm

No apto para metales

Apto para: vidrio, mica, cerámicas

*ELECTRICOS*

• Electroquímicos: Retira material de la pieza

(conductora) a trabajar por disolución anódica. La herramienta es el electrodo, están separados por un electrolito, el rápido flujo del baño va limpiando.electrolito, el rápido flujo del baño va limpiando.

• Electrodos: bronce, cobre, aceros inox.

• Esta basado en la ley de Faraday V=C.I.tV=volumen de metal removido (cm³)

I= corriente (amperios)

t= tiempo (seg)

C= cte (velocidad especifica de remocion cm³/A)

*TERMICOS*

Se remueve el material mediante fusión o

vaporización por temperaturas muy altas

localizadas.

• Electroerosión• Electroerosión

• Haz de electrones

• Rayo láser

• Plasma

• Convencionales

1) Electroerosión:

Maquinado por descarga eléctrica, Bombardeo de

descargas eléctricas discontinuas (chispas), en

presencia de un fluido dieléctrico que crea la

trayectoria para cada descarga conforme se

ioniza el fluido en la separación de los ioniza el fluido en la separación de los

electrodos.

Herramientas: electrodos y alambre

Electrodos: grafito, cobre, bronce, tungsteno,

plata

• Las descargas se

generan mediante

un transformador de

corriente directa

pulsante conectado pulsante conectado

a los electrodos y a

la pieza

Miles de descargas por segundo

generan una erosión gradual

Dos variables importantes:

• Electroerosión:

- Variables: corriente de descarga

frecuencia

- Si ambos aumentan también lo hace la velocidad de remoción de materialvelocidad de remoción de material

- Si opera a altas frecuencias y corrientes de descarga bajas se obtiene un mejor acabado.

- El excedente de corte es función de la corriente y la frecuencia.

• Desgaste de la herramienta (100 a 1)

• Elección de electrodos: es función del circuito

del “trafo”, material de trabajo y terminación del “trafo”, material de trabajo y terminación

superficial

• Mayormente el grafito rinde mas por una razón

de desgaste alta.

• Maquinado por alambre:

- Diámetro del alambre: 0,07 a 0,3mm

- Material: latón, cobre, tungsteno y molibdeno

- Dieléctrico: H2O desionizada, aceite, hidrocarburos

- Aplicación: por boquilla dirigida a la interface

herramienta-trabajo o inmersión.

• Al igual que con los electrodos existe el exceso

de corte cuyo rango es: 0,02 a 0,05mm

• Ideal para matrices de extrusión, trefilacion

• Alambres para

electroerosión

• 1943 LAZARENKO Hnos

En el dieléctrico hay iones libres que bajo la

tensión aplicada a los electrodos se desplazan

hacia los polos opuestos formando un canal

ionizado, que es conductor y origina un pasaje

masivo de corriente. Se origina un plasma que

por elevada temperatura se disocia.por elevada temperatura se disocia.

El plasma esta formado por átomos metálicos (de

los electrodos). Los iones y electrones chocan

con los átomos del dieléctrico (energía cinética

genera calor)

• La electroerosión sobre los electrodos es

asimétrica, si todo esta correcto el 99,5%

de la erosión ocurre en la pieza y el 0,5%

sobre el electrodo-herramienta

• Tensión de descarga: 15 a 25V (función

de los electrodos y el dieléctrico)

• La descarga se produce por generadorescuyas funciones esenciales son:

- Generar una tensión suficientemente alta para el comienzo y mantenimiento de las descargas.descargas.

- Limitar la corriente de descarga

- Limitar la duración de la descarga

- Imponer la frecuencia de repetición de las descargas

El primer circuito utilizado (RC)

Cuando C alcanza la tensión de ruptura entre

electrodo-pieza el liquido se ioniza y C se descarga

bruscamente por el canal ionizado, la descarga es

oscilante y la tensión y corriente se invierten

periódicamente hasta agotar la energía de Cperiódicamente hasta agotar la energía de C

• La duración de la descarga es fijada por la

frecuencia de oscilación del circuito

• CONTRAS:

- aplicación restringida, desgaste considerable

del electrodo- herramienta

- Oscilación de la descarga- Oscilación de la descarga

• En 1952 Charmilles duplico la frecuencia

máxima de las descargas del RC usando una

bobina de autoinducción de gran inductancia L

Para solucionar las variaciones en la distancia de las

chispas y en la rugosidad Charmilles agrego un

diodo limitador D para nivelar los picos de la

tensión de carga del condensador C. Crea el RCLD.

Circuito de relajamiento.

• Este desarrollo fue necesario para:

- Aumentar la velocidad máxima de erosión

- Aumentar la velocidad de mecanizado,

aumentando la frecuencia de las descargas

• Para interrumpir las corrientes de carga luego de • Para interrumpir las corrientes de carga luego de

cada descarga, para asegurar la desionizacion

eficaz del canal de descarga, y poder recargar el

“C” con una corriente muy elevada; surgió: pulsar

la corriente de carga de los circuitos a través de

“tubos de vacio” o “alternadores”

- El tercer objetivo fue: descargas controladas electrónicamente desde un mando independiente

• En 1956 Charmilles creo el generador de impulsos controlados (comandados) gracias al transistor de potencia naciendo los impulsos rectangulares regulables, pero las rectangulares regulables, pero las evacuaciones de material se reducían, descargas incompletas y variaba la distancia de la chispa y la calidad superficial. Por lo tanto continuo con el desarrollo e investigación y se llego a un GENERADOR DE IMPULSOS ISOENERGÉTICOS.

Generador de impulsos.Impulsos Iso-energeticos:

- igual corriente

- igual duración

- Mejoras:

• Extracción de material • Extracción de material bien definida

• mecanizado mas rápido y controlado

• distancia de chispas uniformes

• mejor calidad superficial

• (1) Detecta la circulación de corriente entre

electrodo y la pieza

• Los transistores de (4) se vuelven conductores

• La tensión Uo es aplicada a través de la

impedancia (6) al electrodo-pieza

• Comienza la descarga

• Brusca caída de potencial entre electrodo-pieza• Brusca caída de potencial entre electrodo-pieza

• Detector da señal a la (2)

• Envío a través de (5) señal de corte de corriente

2) Haz de electrones• Corriente de electrones a alta velocidad

• Velocidad de la corriente ¾ velocidad de la luz,

enfocan a través de una lente

electromagnética. Se enfoca sobre la

superficie de trabajo

• Diámetro del haz de electrones: 0,025mm

• La energía cinética de los e¯=> energía térmica

• Funde o vaporiza el metal en área localizada

• Se efectúa en cámara de vacio

• Orificios muy pequeños: φ0,05mm

• Ranuras de 0,025mm

• Equipo costoso

Prestaciones:

- Maquinado- Maquinado

- Tratamiento térmico

- Soldadura

- Alta precisión en cualquier material

- Micromaquinado

- Corte hasta 6,3 mm

LASER

3) Rayo LASER(light amplification of simulated emissioned of radiation)

• Es un transductor óptico que convierte energía eléctrica en un haz luminoso, es monocromático y sus rayos son paralelos y a través de un lente óptico convencional concentra sobre un punto muy pequeño. Pueden ser de gas (dióxido de muy pequeño. Pueden ser de gas (dióxido de carbono) y de estado solido.

• Remueve el material mediante la vaporización y desgaste

• Taladra orificios de φ0,02mm

• Mayor control para orificios mayores, para corte de los contornos.

• Punto de focalización entre 0,15 a 0,5mm

• Densidad de potencia 1x10^6vatios/cm²

Factores que influyen en el proceso

- Material vs espesor

- Características del haz incidente

- Vel. De avance

- Lentes de focalización

- Posición del punto focal

- Gas de asistencia

- Sistema de movimiento relativo

Corte por laserMedio activo: Amplificador óptico (haz de luz coherente)

que se amplifica por la emisión estimulada, obteniéndose un haz de gran intensidad. Puede ser un gas, un liquido, un sólido o un semiconductor.

• GAS: (CO2, N2,He) Excitación por corriente eléctrica que atraviesa la mezcla gaseosa, líder en aplicación industrial. Potencia:5000vatios- 75 KVA.Potencia:5000vatios- 75 KVA.

• ESTADO SOLIDO: (YAG-Nd) Este medio es un cristal con iones de impurezas; cristal de granate (G), itrio (Y) y aluminio (A). Diversidad de aplicaciones: corte soldadura, taladrado etc. Relevancia en aplicaciones científicas y medicinales.

• Mecanismo de excitación: fuente que excita o “bombea” átomos del medio activo, desde estados de baja energía a estados excitados (mayor energ)

Láseres de: gas y semiconductor, excitación eléctrica

estado sólido y liquido, excitación óptica

(lámparas tipo flash)

• Resonador óptico: par de espejos en cada extremo del medio activo para hacer rebotar la radiación a través medio activo para hacer rebotar la radiación a través del medio activo, dejando salir parte de la energía a través de unos de los espejos parcial transparente.

• POTENCIA DE SALIDA:

A mayor potencia, mayor será la velocidad de

procesado y la capacidad de cortar secciones mas

gruesas de material.

• POLARIZACION: el frente de corte en el material

tiene un haz con un ángulo de incidencia grande,

casi rasante, la absorción de la energía LASER casi rasante, la absorción de la energía LASER

influye en la calidad, ya que existe gran diferencia

de reflectancia. El haz se polariza

circunstancialmente para que se comporte

uniforme en todas las direcciones de corte.

VENTAJAS

• Proceso sin contacto mecánico

con la pieza

• Fácil automatización

• Reducido surco de corte

(0.1/0.5mm)

• Reducida zona afectada por

DESVENTAJAS

• Costo elevado

• Limitaciones según el espesor

(15/20mm)

• A mayor espesor menor

calidad

• Reducida zona afectada por

calor en el borde del corte

• Alta velocidad de corte

• Posibles corte de perfiles muy

agudos

• Corta gran diversidad de

materiales independiente de

la dureza

automatización

(4)PLASMA

Plasma

• El plasma es un gas supercalentado eléctricamente e ionizado en forma de corriente, que opera a temperaturas de 10000 a 14000°C y corta por fusión

• Plasma: Gas ionizado (cuarto estado de la • Plasma: Gas ionizado (cuarto estado de la materia)

• El arco del plasma se genera entre un electrodo de tungsteno (-) dentro de la torcha y la pieza de trabajo (+). La boquilla es enfriada por gases,los usados son N2, Argón con N2 y CO2-N2 , O Agua arriba de 150 A.

Corte por plasma(Plasma arc cutting)

• Es un proceso de corte térmico, utiliza in

intenso calor que proviene de un arco

eléctrico para fundir virtualmente cualquier

metal; el metal fundido es arrastrado por el metal; el metal fundido es arrastrado por el

flujo de gases a alta velocidad a través del

canal originado. El haz de plasma debe

penetrar totalmente en la pieza, razón que

obliga a usar altas intensidades de corriente.

• El estado del plasma puede encontrarse en fenómenos naturales como:

- Radiación estelar

- Capa ionosfera

- Descargas eléctricas en gases

- Reacciones termonucleares (núcleo solar)

- Ondas de choque- Ondas de choque

- Tubos fluorescentes.

POTENCIA EN LOS EQUIPOS

Baja potencia: menor a 30 A

Mediana potencia: 30/100 A

Alta potencia: 100/1000 A

Detalles de el “soplete y la pieza de trabajo”

• La REFRIGERACION de la antorcha por encima de

150 A es siempre por H2O. El gas secundario

rodea al chorro de plasma para confinar el “arco”

y limpiar el canal de metal fundido

• Gases utilizados

Son importantes por aspecto técnico y por costo Son importantes por aspecto técnico y por costo

para la operación; influyen en el tipo de

electrodo a utilizar, energía calórica,

transferencia de la misma, estabilidad del arco,

longitud, intensidad, material a cortar, tipo de

equipo (seco o en agua).

• Para plasmas secos, los gases que se emplean son:

- Aire comprimido: el mas barato, pero hay que cuidar la oxidación

- Oxigeno: es el mas recomendado para el acero al carbono

- Nitrógeno: muy apropiado para inoxidables y - Nitrógeno: muy apropiado para inoxidables y aluminio

- Argón+hidrogeno: (70%+30%) Gran capacidad de corte para altos espesores es lo mejor para ac.inox., en espesores superiores a 12/15mm. Produce menos humos y favorece el medio ambiente, pero es 3 veces mas caro que el N2.

Los consumos de gas están comprendidos entre 47 y

120 lts/min

Gas Plasmágeno Gas Protector

Aire Comprimido Aire comprimido

Oxigeno Aire comprimido

Nitrógeno Aire ó CO2

Argón + Hidrogeno Nitrógeno

Espesor vs precisión

EFECTOS METALURGICOS

- Se origina una zona afectada por el calor del

corte que en muchos casos obliga a un

maquinado posterior

- Si el material que se corta debe ser precalentado

para soldar debe precalentarse para cortar

- En 25 mm de esp. Ac.inox.,afecta 0,13mm- En 25 mm de esp. Ac.inox.,afecta 0,13mm

pero en condiciones no adecuadas llega a

2 ó 5 mm.

• Calidad del corte

- Sangría: 1,5 a 2 veces el diámetro del orificio

de la boquilla y se relaciona con el espesor de

la chapa

- Acero inox. Austenitico de 25mm sangría

de 5mmde 5mm

180mm sangría de 25mm

• Angulo del bisel

Angulo de 4/8° en antorcha de flujo laminar

Angulo de 1/3° en antorcha de flujo turbulento

• REDONDEO:

Se debe a la alta concentración de calor. Se minimiza con procesos duales o uso de agua; velocidad de corte mayor por potencia excesiva ó distancia de la boquilla a la pieza muy larga, este efecto es mayor en espesores menores a 6mm

• ACABADO SUPERFICIAL:

Depende de la puesta apunto del proceso ya que influyen: Depende de la puesta apunto del proceso ya que influyen: flujo de gas, velocidades, intensidades, distancia entre boquilla y pieza.

- Plasma argón-hidrogeno: mejor terminación

- Plasma bajo H2O: mejor que plasma al aire

- GOTAS: velocidades muy altas ó muy bajas

VENTAJAS• Alta velocidad de corte

• Gran facilidad de

manejo

• Inversión madia/baja

• Precio por corte= ½

INCONVENIENTES• Calidad del acabado

• Ruidoso por encima de los 200 A en aire, mayor a 100db.

• Producciones de humo, polvo y • Precio por corte= ½

precio oxicorte

• Proceso

perfectamente

contrastado

humo, polvo y radiación luminosa (en aire) pero se eliminan trabajando en inmersión

• APLICACIONES:

- Industria naval: equipos bajo el agua de 600 A; 1200mt lineales por día, espesor promedio 15mm

- Industria automotriz- industrias de chapas: hasta 10mm de espesor, sustituyó cizallas y matriceshasta 10mm de espesor, sustituyó cizallas y matrices

- Calderería (CAD/CAM) desarrollos de conductos de ventilación.

- Aceros inoxidables: el mejor

*QUIMICOS*CHM (CHEMICAL MACHINING)

• Es un proceso por el que se produce una remoción

de material, mediante contacto con sustancias de

ataque químico fuerte. Se inicio poco después de la

segunda Guerra Mundial en las aeronaves

• Se aplica en varias formas:• Se aplica en varias formas:

- Fresado químico

- Suajado químico (extendido o estampado)

- Grabado

- Maquinado fotoquímico

• Estos procesos consisten de los siguientes pasos:

- Limpieza: (desengrasado)

- Enmascarillado: se cubre lo que no se debe atacar,

con un material resistente a la sustancia de ataque

- Ataque químico: afecta la zona que no esta

protegida en los metales, la zona atacada se

convierte en una sal que se disuelve en el baño. convierte en una sal que se disuelve en el baño.

Una vez removido el material se enjuaga para

detener el ataque.

- Desenmascarillado: se quita el elemento protector

neopreno

• Protectores: cloruro de polivinilo

polietileno y otros polímeros

• Métodos (1) cortar y desprender• Métodos (1) cortar y desprender

De protección: (2) fotorresistente

(3) resistente de pantalla

(serigrafía).

• (1) La aplicación a toda la parte ya sea por

inmersión, recubrimiento o spray (rocío). Se

cortan las aéreas y se desprenden las que se

van a atacar, se hace generalmente a mano

con una plantilla.

- Tolerancia ±0,12mm

- Partes de trabajo grandes

- Pequeñas cantidades

• (2) Llamado fotorresistente, usa técnicas fotográficas, químicos fotosensibles aplicados en la zona de trabajo, luego la pieza recubierta se expone a la luz a través de imágenes en negativo de las áreas que se van a atacar, posteriormente, las áreas protegidas, se retiran usando técnicas de revelado fotográfico, quedando con material protector la superficie deseada y sin protección protector la superficie deseada y sin protección las restantes que son atacadas por el químico.

- Se aplica a partes pequeñas en grandes cantidades

- Tolerancia ±0,0005in

• (3) se aplica el protector por métodos de serigrafía o sea

una malla de seda o acero inoxidable, esta malla tiene

incorporado un esténcil que protege la aplicación con un

barniz y deja expuesta las áreas que se atacaran.

- se obtienen tolerancia de ± 0,075mm

- El material de ataque químico es función del material a atacar,

profundidad, velocidad de remoción y acabado)profundidad, velocidad de remoción y acabado)

- La velocidad de penetración (mm/min) es función del agente de

ataque químico

- Profundidad de corte (mm) hasta 12,5mm en paneles de aero.

- También ocurre el excedente de corte

Fe= factor de ataque (tablas)

u=excedente

d=profundidad

Procesos de maquinado químico

• Fresado químico: durante la segunda Guerra

se comercializo en EEUU, para quitar material

de las alas y fuselaje de aeronaves, para

reducir pesoreducir peso

- Se usa en piezas grandes se aplica “corte y

desprendimiento”

- A mayor profundidad peor acabado superficial

• Suajado químico: usado en laminas metálicas

muy delgadas, de espesores hasta 0,025mm.

También se usa para posturas de corte

complicados, pues los métodos de perforado y

troquelado convencionales no funcionan.

- Los métodos usados para aplicar el protector - Los métodos usados para aplicar el protector

son el fotorresistente o el resistente de

pantalla.

- Tolerancias +/- 0,002 mm

• Grabado químico: se usa para hacer placas

y/o paneles con impresiones sobre o bajo

relieves. El enmascarillado se hace con el

método fotorresistente o resistente de

pantalla, la secuencia es similar a los otros

procesos excepto que después del ataque se

aplica una pintura, u otra protección, a las aplica una pintura, u otra protección, a las

áreas formadas por el ataque químico; luego

se sumerge en una solución para disolver el

protector sin alterar la pintura o terminación

aplicada como recubrimiento.

• Maquinado fotoquimico: usa el método

fotorresistente para enmascarillar.

- Se emplea en el procesamiento de metales

cuando se requiere tolerancias mínimas o

patrones complicados sobre partes planas.

Ampliamente usados en la industria de la Ampliamente usados en la industria de la

electrónica para el diseño de circuitos sobre

plantillas de semiconductores y en la

microelectrónica

Valores tabulados para maquinado químico

Comparación de aplicabilidad entre procesos

convencionales y no convencionales

Características