Rectificadoras y Lapidadoras
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¿Cómo funcionan las Rectificadoras?
on: 22 de diciembre de 2012En: Máquinas11 Comentarios
El mecanizado de piezas por abrasión es uno de los tres procesos que eliminan material de una
pieza a fin de darle forma y modelarla de acuerdo a su aplicación posterior. Se diferencia de los
otros procesos de mecanizado porque la remoción de material es relativamente pequeña, por lo
que se trata más bien de un proceso de acabado de piezas y la herramienta que se emplea para
ello es una muela abrasiva, constituida por granos de cuarzo, carburo de silicio, carborundum o
corindón y un aglutinante.
En nuestro artículo sobre la máquina de lapidar mencionamos que el mecanizado de piezas por
abrasión comprende, a su vez, diversas técnicas, una de las cuales es el rectificado. Básicamente,
el rectificado es una operación realizada en piezas que requieren medidas y tolerancias
exigentes, ya sea dimensionales (diametral, longitudinal o angular), geométricas (concentricidad,
paralelismo, perpendicularidad, etc.) o de acabado superficial (rugosidad, dirección del rayado,
etc.). Las máquinas empleadas en el rectificado se conocen como rectificadoras y puesto que
existen varios tipos distintos de rectificado la industria también cuenta con la correspondiente
multiplicidad de rectificadoras. En este artículo vamos a citar únicamente los tipos principales.
1) Rectificadoras planas o de superficie
Estas máquinas son las que presentan el manejo más sencillo, ya que constan solamente de un
carro longitudinal que otorga el movimiento de translación a la pieza y la muela, que imprime el
movimiento de rotación. Se distinguen dos subtipos según la posición de la muela:
a) Rectificadoras frontales: la muela gira sobre un husillo vertical, trabaja plana contra la pieza y se
desplaza con un movimiento rectilíneo. Se utilizan generalmente para la eliminación rápida del
material, aunque algunas máquinas pueden lograr una elevada precisión.
b) Rectificadoras tangenciales: la muela gira sobre un husillo horizontal, trabaja de canto sobre la
pieza y se desplaza con un movimiento circular y pendular. Se utilizan para trabajos de alta
precisión en superficies planas sencillas, superficies abocinadas o inclinadas, ranuras, superficies
planas próximas a hombros, superficies
empotradas y perfiles.
Rectificadoras-tagencial-y-frontal
Como lo implica su nombre, estas
rectificadoras se emplean para piezas
planas, generalmente mecanizadas en
otras máquinas del taller, como tornos,
fresadoras y limadoras. Las piezas fijan a la
mesa mediante una placa de sujeción
magnética y se pueden mover manual o
mecánicamente bajo la muela abrasiva. La
máquina está provista de una bomba
interna y una red de tubos para la
aplicación y recirculación automática de
un líquido refrigerante para la pieza y la muela. La figura de abajo esquematiza las partes
principales de una rectificadora tangencial.
Partes-rectificadora-plana-
tangencial
Las piezas mecanizadas con este
tipo de rectificadoras son, por
ejemplo, cojinetes, matrices, guías,
placas, aros o segmentos de pistón,
moldes, pines y perfiles para
utillajes. Las dimensiones de las
piezas pueden variar entre 40 cm y
6 metros de largo, y entre 70-80 cm
y 1 metro de largo, lo que da una
idea de las dimensiones y solidez de
las máquinas.
2) Rectificadoras cilíndricas
La rectificadora cilíndrica puede
funcionar de una variedad de
formas, sin embargo, la pieza debe tener un eje central de rotación. Esto incluye pero no se limita
a las formas tales como un cilindro, un cono, una elipse, una leva o un cigüeñal. También se
distinguen varios subtipos:
a) Rectificadoras cilíndricas externas: el rectificado se realiza en la superficie externa de una pieza
entre centros, los cuales permiten la rotación de la misma. A su vez, la muela también gira en la
misma dirección cuando entra en contacto con la pieza, tal como muestra la siguiente figura.
Rectificado-cilíndrico-externo
Donde: a) representa el movimiento de
rotación de la muela; b) representa el
movimiento de rotación la pieza; c)
representa el avance en profundidad que
determina el espesor de la viruta y d)
representa el avance lateral, ya sea de la
pieza (esquema 1) o de la muela (esquema
2).
b) Rectificadoras cilíndricas internas: el
rectificado se realiza en el interior de una
pieza. La muela abrasiva es siempre menor
que el ancho de la pieza. Un anillo metálico sostiene a la pieza, imprimiéndole el movimiento,
como indica la siguiente figura.
Rectificado-cilíndrico-interno
Donde: a) cabezal del husillo portapieza; b) anillo metálico de sujeción; c) pieza; d) muela; e)
husillo portamuela; y f) cabezal del husillo portamuela.
c) Rectificadoras sin centros: este tipo de máquinas rectifican piezas cilíndricas de dimensiones
pequeñas, como casquillos, bulones o pasadores. El mecanismo consta de dos muelas que giran
en el mismo sentido, entre medio de las cuales se coloca la pieza, sin sujeción (por eso el
mecanismo se denomina “sin centros”) que
gira en sentido opuesto al de las muelas,
impulsada por el movimiento de la muela
de arrastre, que está inclinada un cierto
ángulo de entre 1 y 5 grados, dependiendo
de la dureza del material a rectificar y del
diámetro de la pieza. La figura de abajo
muestra un esquema del proceso.
Rectificado-sin-centros
Donde: a) guía; b) muela; c) muela de
arrastre y se observa la pieza cilíndrica entre
ambas muelas.
3) Rectificadoras universales
Se trata de las máquinas que ofrecen mayor capacidad de trabajo, ya que mecanizan cuerpos
de revolución. Con estas máquinas de gran robustez y envergadura se logra el rectificado tanto
de exteriores como interiores de árboles de levas, cigüeñales, interiores de cilindros, conos,
camisas y muchas otras piezas.
El carro longitudinal de la máquina proporciona el movimiento de traslación a las piezas en
rotación a través de su avance y retorno automático provisto por un mecanismo hidráulico,
mientras las muelas reciben el movimiento de rotación, opuesto al de la pieza. La dureza o las
características de las piezas definen la
velocidad de rotación del eje por medio de
reguladores de velocidad. La figura de
abajo esquematiza las partes principales de
una rectificadora universal.
Partes-rectificadora-universal
4) Rectificadoras especiales
Para el rectificado de piezas con cierta
geometría mecánica o que contienen
orificios y que no pueden girar sobre sí mismas
se utilizan máquinas especiales, cuyo tamaño
es por lo general de pequeñas dimensiones y
envergadura, que reciben el nombre de
rectificadoras especiales. Poseen un husillo
vertical (a veces denominado husillo
planetario) cuya muela, además de girar,
realiza una traslación circular. Estas máquinas
se utilizan, por ejemplo, para rectificar una
infinidad de piezas, tales como, entre otros,
dientes de engranajes, perfiles, ruedas
dentadas, roscas, cilindros de laminación, guías de bancada, pastillas de freno, estrías, fresas
madre, rodamientos, radios, álabes de turbina y trenes de aterrizaje de aviones.
En lo que respecta a la principal herramienta de las rectificadoras, la muela, existe una variedad
de muelas de diversas formas y tamaño de grano, todas normalizadas por estándares
internacionales, cuyas características veremos en próximos artículos.
5) Rectificadoras con sistema de control CNC
Hoy en día, el avance tecnológico ha introducido en el mercado las rectificadoras con control
CNC para todos los tipos vistos más arriba, las cuales reúnen una serie de ventajas con respecto a
las convencionales, entre las que podemos mencionar:
• unificación de movimientos para el rectificado (superior, frontal e inferior) en una sola
máquina
• total automatización, con mínima intervención del operario
• mayores dimensiones de la máquina, lo que posibilita rectificar piezas de gran tamaño
• sistemas de sujeción magnética de la pieza
• disponibilidad de diversas formas de bancadas o mesas de trabajo
• mejoramiento de los tiempos y la precisión del rectificado
• incoporación de servomores para cada eje, lo que permite un posicionamiento más
preciso de la pieza
control automático del estado de las muelas
• posibilidad de programar coordenadas cartesianas y establecer la distancia exacta de
rectificado
• funcionamiento en un entorno cerrado, sin proyección externa de virutas, polvo o residuos
Rectificadoras-CNC
¿Cómo funcionan las Máquinas de Lapidar?
on: 25 de septiembre de 2012En: Máquinas2 Comentarios
En el artículo sobre bloques patrón mencionamos que dos de las caras paralelas de estas piezas,
llamadas caras de medida, presentan un finísimo acabado que les confieren las propiedades que
deben poseer para cumplir su función.
Ahora bien, ¿cómo se logra este acabado tan perfecto? Para este fin, se emplean una serie de
operaciones que forman parte
del mecanizado de piezas por abrasión.
Se destacan al menos cuatro técnicas
diferentes en el mecanizado por abrasión:
• Rectificado
• Bruñido
• Pulido
• Lapeado
La que se emplea para el acabado de las
caras de medida de los bloques patrón,
como así también para muchas otras
aplicaciones, es la técnica
de lapeado (también conocida como lapidado o lapidación).
Aunque parezca reciente, el lapeado es un proceso que se ha venido utilizando durante siglos. Los
primeros materiales lapeados fueron piedras que se tallaban en los pueblos antiguos con fines
religiosos y culturales. Más tarde, el arte de la joyería y las piedras preciosas dio un gran impulso
comercial a esta técnica.
Básicamente, el lapeado es un afinado de superficies mediante un polvo abrasivo de extrema
finura, por ejemplo, polvo de diamante, óxido de aluminio, óxido de cerio, carburo de boro,
carburo de silicio y otros. Este abrasivo se impregna en un taco de material blando (tela, cobre,
hierro fundido, acero, latón, madera u otro material más blando que el que se desea lapidar) que
recibe el nombre de disco o piedra de lapeado y que sólo sirve de soporte para el abrasivo.
El abrasivo se transporta entre el disco de lapeado y la pieza en un vehículo que puede ser agua,
grasa o aceite. Al frotar el disco impregnado en el abrasivo sobre la superficie de una pieza bajo
una cierta presión P, los gránulos del abrasivo arrancan pequeñas cantidades de viruta de dicha
superficie, tal como muestra la siguiente
figura.
proceso de lapidado
Como el abrasivo está impregnado en la
superficie del disco en movimiento, no se
desgasta porque permanece fijo. Esta
característica siempre está presente en
todo sistema en el que se frotan entre sí dos
materiales de distinta dureza en presencia
de un abrasivo: el más blando constituye el
pulidor y el más duro es el que resulta
pulido.
La magnitud de remoción de material en el
el proceso de lapeado generalmente oscila entre 0,003 y 0,03 mm, aunque a veces se alcanzan
de 0,08 a 0,1 mm. Se trata de un proceso sumamente lento que puede realizarse tanto a mano
como en máquinas especiales.
Por cierto, las máquinas lapeadoras no son el tipo de herramientas que encontraríamos en un
taller de bricolaje o en el garaje de un aficionado. Son artefactos muy costosos empleados a nivel
industrial en una amplia gama de aplicaciones, desde los mencionados bloques patrón hasta
piezas mecánicas, aeroespaciales, electrónicas, cerámicas, ópticas y otras.
Cómo funciona una máquina lapeadora
Basadas en el proceso de lapeado descrito, las máquinas que realizan esta función incorporan un
mecanismo genérico como el que indica la
siguiente figura.
funcionamiento-lapidadora
En las lapeadoras de superficies planas, las
piezas se introducen sin sujetar en un anillo
portapiezas y se mantienen contra el disco
de lapeado mediante cabezales flotantes.
Los portapiezas, que se desplazan a baja
velocidad, mueven las piezas siguiendo una
trayectoria irregular. Cuando hay que
producir dos superficies paralelas, pueden
emplearse dos discos, uno que gira debajo
de las piezas y otro encima, que es el
ejemplo que muestra la figura. Para
lapidar superficies redondas existen diversos
tipos de máquinas. Para piezas
cilíndricas pequeñas, tales como bulones
de émbolo y pistas de cojinetes de bolas, se
emplea una lapeadora especial sin puntos.
Partes de una máquina lapeadora
La figura de abajo muestra el esquema de una lapeadora para superficies planas. Sus partes
principales y la función que cumplen son las siguientes:
partes de maquina de lapidar
Mesa de trabajo: es sobre la que se asientan los
componentes rotatorios de la máquina, que mantiene
separados para mayor seguridad y facilidad de
limpieza.
Disco de lapeado: en este dispositivo, generalmente
de fundición, se impregna la mezcla de abrasivo +
vehículo. El disco gira sobre un eje, de modo que la
película abrasiva entra en contacto con la pieza.
Anillos portapieza: también están construidos en
fundición y es donde se coloca la pieza a lapidar. Las
máquinas lapidadoras suelen contener 3 o 4 de estos anillos.
Brazos móviles: desplazan fácilmente los anillos portapieza.
Depósitos: por lo general son dos: uno es el de alimentación y contiene la mezcla de abrasivo +
vehículo portador; el otro es el de vaciado y recibe esta mezcla ya utilizada durante el proceso.
Bomba y válvula dosificadora: la bomba asegura la composición homogénea de la mezcla
abrasivo + vehículo manteniéndola en constante agitación. La válvula dosificadora distribuye la
mezcla sobre el disco de lapeado, de modo de impregnarlo antes de iniciar el proceso.
Panel de control: dependiendo del modelo de lapeadora, puede ser analógico o provisto de un
controlador lógico programable (PLC). Además de la puesta en marcha y detención de la
máquina, el control analógico regula la velocidad, la duración de la dosificación, el intervalo
entre dosificaciones y la duración del ciclo. El PLC con pantalla TFT, no sólo regula estas funciones,
sino que también dispone de una base de datos para archivar históricos de producción y fijar
parámetros y condiciones capaces de garantizar la repetibilidad de las condiciones de trabajo.
Las ventajas del lapeado frente a los procedimientos mecánicos habituales son:
• Ausencia de tensión y deformación de la pieza de trabajo, ya que no está sujeta a garras
de fjación.
• Ausencia de distorsión térmica.
• Una única fase es suficiente para garantizar un acabado óptimo.
• Desbaste de la pieza lento, sin arranque brusco de material.
• Se puede trabajar con cualquier material compatible, independientemente de su
fragilidad. Sólo los materiales demasiado blandos no son aptos para el lapeado porque el
abrasivo tiende a incrustarse en ellos.
• Gran polivalencia y versatilidad en la mezcla abrasivo + vehículo frente a herramientas y
composites diferentes para cada tipo de material.
• Pueden lapearse materiales metálicos, no metálicos, magnéticos y no magnéticos.
Finalmente, ¿qué elementos podemos lapidar en una máquina lapeadora? Un sinnúmero de ellos:
componentes de transmisión automática, de hidráulica y neumáticos; cortadores-entalladores de
engranajes; asientos y cierres de válvulas; piezas de motores, para frenos de aire, de fundición de
aluminio, para quemadores de combustibles, de gasómetros y de compresores; instrumental
médico; tarjetas de circuitos impresos; lentes de contacto; cristales de cuarzo y muchos más,
cubriendo una amplia diversidad de aplicaciones.