Tema 4.3. Procesos de mecanizado no convencionales PDF

1. Introducción Desarrollo de procesos no tradicionales, como respuesta a las necesidades nuevas y específicas que no pueden satisfacerse mediante métodos convencionales Muchas de estas necesidades están asociadas con las industrias aeroespacial y electrónica. Mecanizados no conve...

1. Introducción Desarrollo de procesos no tradicionales, como respuesta a las necesidades nuevas y específicas que no pueden satisfacerse mediante métodos convencionales Muchas de estas necesidades están asociadas con las industrias aeroespacial y electrónica. Mecanizados no convencionales: Grupo de procesos de conformado por arranque de material, donde el exceso de material se elimina mediante diversas técnicas que incluyen la energía mecánica, térmica, eléctrica o química.  Mecanizar materiales de reciente creación (metales o no metales)  Obtención de geometrías de piezas inusuales o complejas que no se obtienen con facilidad mediante procedimientos tradicionales  Evitar daños externos en una pieza, frecuente en el mecanizado convencional debido a los altos esfuerzos desarrollados 4 1. Introducción Piezas fabricadas por WJC Álabe de turbina producido por EDM (corte por chorro de agua) (electroerosión) 5 1. Introducción Se utiliza energía mecánica en alguna forma diferente a la acción MECÁNICOS de una herramienta de corte convencional  Ultrasónico (USM)  Chorro de agua (WJC)  Chorro de agua abrasiva (AWJC)  Chorro abrasivo (AJM) ELÉCTRICOS Usan energía electroquímica para la eliminación del material  Electroquímico (ECM) MNC Utilizan energía térmica para cortar o dar forma a una pieza sobre TÉRMICOS una parte muy pequeña de la superficie de trabajo, provocando eliminación por fusión o vaporización.  Electroerosión (EDM)  Haz de electrones (EBM)  Láser (LBM) QUÍMICOS Ataques químicos por medio de ciertos ácidos y otras sustancias  Mecanizado químico (CHM) 6 2. Procesos de Energía Mecánica ULTRASÓNICO (USM) Una herramienta vibra a altas frecuencias (20 kHz  rango de los ultrasonidos) sobre el fluido abrasivo, situado entre pieza y herramienta Esta vibración hace que los granos abrasivos alcancen una gran velocidad, impactando sobre la pieza y eliminando material. El tiempo de contacto entre la partícula es muy pequeño, así como el área de contacto En materiales frágiles estos esfuerzos son suficientes para originar el microdesportillado y erosión de la pieza. Muy utilizado en el mecanizado de materiales duros y frágiles (cerámicas, carburos, vidrios, titanio y aceros endurecidos) 7 2. Procesos de Energía Mecánica Una variante del mecanizado ultrasónico es el Mecanizado Ultrasónico Rotatorio (RUM) Se basa en la eliminación de material mediante la combinación de giro y vibración en dirección axial de una herramienta, generalmente de diamante que, a su vez, se alimenta con una corriente interna-externa de fluido de corte. Mediante RUM se pueden mecanizar geometrías que difícilmente podrían conseguirse con otros procesos de fabricación como por ejemplo agujeros de Ø 0.5-10 mm de profundidad en silicio 8 2. Procesos de Energía Mecánica CHORRO DE AGUA (WJC) 9 2. Procesos de Energía Mecánica CHORRO DE AGUA (WJC) Usa una fina corriente de agua a alta presión y velocidad dirigida hacia la superficie de trabajo (mecanizado hidrodinámico)  Pequeña abertura de boquilla con diámetro de 0,1 a 0,4 mm  Presiones de hasta 400 MPa  Velocidades de hasta 900 m/s  Distancia de separación normal entre boquilla y pieza de 3,2 mm Ventajas: La superficie de trabajo no se deforma ni quema Pérdida de material mínima Se reduce la contaminación ambiental Fácilmente automatizable 10 2. Procesos de Energía Mecánica CHORRO DE AGUA ABRASIVO ( AWJC) Sobre piezas metálicas  se agregan partículas abrasivas Aumento del nº de parámetros a tener en consideración (tipo de abrasivo, tamaño de grano, proporción del abrasivo en el flujo, etc.) Diámetros de boquilla algo mayores (0,25 a 0,63 mm) 11 2. Procesos de Energía Mecánica CHORRO ABRASIVO (AJM) Producido por flujo de gas a alta velocidad con pequeñas partículas abrasivas  Gas seco con presiones de 0,2 a 1,4 MPa  Diámetros de boquilla de 0,075 a 1 mm  Velocidades de 2,5 a 5,0 m/s.  Los gases son helio, aire seco, CO2 o nitrógeno 12 3. Procesos de Energía Eléctrica ELECTROQUÍMICO (ECM) Retira material de la pieza conductora de electricidad por medio de una disolución anódica Se obtiene la forma de la pieza a través de una herramienta formada por electrodos, próxima a la forma final, pero separada de la pieza mediante un electrolito La pieza de trabajo es el ánodo y la herramienta el cátodo El proceso aplica el principio de que el material se retira de la superficie que funciona como ánodo (polo positivo) y se deposita en el cátodo (polo negativo) ante la presencia de un baño electrolítico El electrodo no puede tocar la pieza (cortocircuito) Agua como base para el material electrolítico 13 4. Procesos de Energía Térmica ELECTROEROSIÓN (EDM) Retiran el metal mediante descargas eléctricas discontinuas (arcos eléctricos) que producen temperaturas localizadas suficientemente altas para fundir o vaporizar el material en la vecindad inmediata a la descarga  Electroerosión por penetración  Electroerosión por hilo 14 4. Procesos de Energía Térmica EDM por penetración Se controlan dos parámetros: la corriente descargada y la frecuencia de la corriente 15 4. Procesos de Energía Térmica EDM por hilo Alambre de diámetro fino (0,076 a 0,3 mm de diámetro). Ranura de corte constante Materiales del hilo: latón, cobre, wolframio y molibdeno Distancia de 0,020 a 0,050 mm y aceite o agua de dieléctrico La pieza debe ser eléctricamente conductiva 16 4. Procesos de Energía Térmica HAZ DE ELECTRONES (EBM) Utiliza una corriente de electrones a alta velocidad enfocada hacia la superficie de la pieza para remover material mediante fusión y vaporización Los electrones se aceleran hasta una velocidad cercana al 75% de la velocidad de la luz, área del haz hasta un diámetro de unos 0,025 mm. Al chocar contra la superficie, la energía cinética de los electrones se convierte en energía térmica de una densidad muy alta, la cual funde o vaporiza el material en un área localizada. Se utiliza en taladros con relación profundidad/diámetro de hasta 100:1 y en corte de ranuras de hasta 0,025 mm. El EBM debe realizarse en una cámara de vacío para eliminar la colisión de los electrones con las moléculas de la atmósfera. 17 4. Procesos de Energía Térmica LÁSER (LBM) Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificación luminosa por emisiones de radiación estimulada) Es un transductor óptico que convierte energía eléctrica en un haz luminoso altamente coherente (monocromático y muy alineado) Se utiliza para taladros de hasta 0,025 mm de diámetro y en operaciones de corte 18 5. Procesos de Químicos CHM Eliminación de material por reacción controlada con un determinado compuesto, generalmente en estado líquido (en disolución) El control de la reacción puede hacerse mediante: mantenimiento de la velocidad de reacción, mediante activación electroquímica o mediante activación fotónica La reacción puede utilizarse para modificar las propiedades superficiales en procesos de semiacabado 19 5. Procesos de Químicos Si parte de la superficie de la pieza se cubre con una sustancia inerte al ataque, sólo se disolverá la parte de metal expuesta. Esta sustancia debe ser fácilmente eliminable si causar daños a la pieza Con un correcto control de intensidad y velocidad de ataque, manteniendo un cuidadoso control de los baños, pueden realizarse cajas muy precisas de espesores muy pequeños, sin más que precisar el tiempo de tratamiento. 20 6. Comparativa de Procesos A veces es necesario obtener elementos de elevada complejidad y precisión con unas propiedades muy específicas Los procesos de mecanizado por arranque de viruta pueden no permitir alcanzar la precisión dimensional y/o geométrica requerida La interacción mecánica que tiene lugar entre la herramienta y la pieza en los procesos de mecanizado por arranque de viruta puede alterar las propiedades superficiales de ésta En estos casos es necesario recurrir a procesos de mecanizado alternativos en los que la eliminación del material se lleve a cabo por otras vías La introducción de una nueva técnica de procesado de materiales no debe hacerse sólo en función de los requerimientos establecidos para el producto La mayoría de estas nuevas técnicas conllevan un elevado coste de implantación tanto por los equipos como por las propias condiciones de instalación y mantenimiento de los mismos Es necesario, pues, evaluar desde el punto de vista económico la rentabilidad o no de la implantación y plantear la posible subcontratación o la adaptación, en su caso, de otros procesos 21 6. Comparativa de Procesos Características geométricas de la pieza y proceso apropiado Características geométricas Proceso recomendado Agujeros de muy reducido diámetro EBM (Haz de electrones) (20 EDM (Electroerosión) Agujeros no circulares EDM (Electroerosión) ECM (Mec. Electroquímico) Formas complicadas sobre chapas o EBM (Haz de electrones) piezas masivas LBM (láser) WJC (Waterjet) wire EDM (Electroerosión por hilo) AWJC (Chorro de agua abrasiva) Micromecanizado (àreas muy reducidas) LBM (láser) EBM (Haz de electrones) Circuitos integrados o paneles CHM (Mec. Químico) aeronáuticos 22 6. Comparativa de Procesos 23