Rectificado (corte abrasivo)

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El rectificado es un tipo de proceso de mecanizado abrasivo que utiliza una muela abrasiva como herramienta de corte .

Para el rectificado se utiliza una amplia variedad de máquinas, que se clasifican mejor en portátiles o estacionarias:

• Herramientas eléctricas portátiles como amoladoras angulares , amoladoras de matriz y sierras de corte
• Herramientas eléctricas estacionarias , como amoladoras de banco y sierras de corte.
• Piedras de afilar estacionarias , accionadas hidráulicamente o manualmente

El fresado es un área amplia y diversa de la fabricación de herramientas y manufactura . Puede producir acabados muy finos y dimensiones muy precisas; sin embargo, en contextos de producción en masa, también puede desbastar grandes volúmenes de metal con bastante rapidez. Por lo general, es más adecuado para el mecanizado de materiales muy duros que el mecanizado "regular" (es decir, cortar virutas más grandes con herramientas de corte como brocas o fresas ), y hasta las últimas décadas era la única forma práctica de mecanizar materiales como aceros endurecidos. En comparación con el mecanizado "regular", por lo general es más adecuado para realizar cortes muy superficiales, como reducir el diámetro de un eje en media milésima de pulgada o 12,7  μm .

El rectificado es un subconjunto del corte, ya que el rectificado es un verdadero proceso de corte de metales. Cada grano de abrasivo funciona como un borde cortante microscópico de una sola punta (aunque de un ángulo de ataque negativo alto ) y corta una pequeña viruta que es análoga a lo que convencionalmente se llamaría una viruta "cortada" (torneado, fresado, taladrado, roscado, etc.) ^{[ cita requerida ]} . Sin embargo, entre las personas que trabajan en los campos del mecanizado, el término corte a menudo se entiende como una referencia a las operaciones de corte macroscópicas, y el rectificado a menudo se clasifica mentalmente como un proceso "separado". Esta es la razón por la que los términos generalmente se usan por separado en la práctica del taller.

El lapeado y el lijado son subconjuntos del rectificado.

La elección de la operación de molienda está determinada por el tamaño, la forma, las características y la tasa de producción deseada.

El rectificado por avance lento (CFG) fue un proceso de rectificado inventado en Alemania a fines de la década de 1950 por Edmund y Gerhard Lang. El rectificado normal se utiliza principalmente para el acabado de superficies, pero el CFG se utiliza para altas tasas de eliminación de material, compitiendo con el fresado y el torneado como una opción de proceso de fabricación. El CFG tiene una profundidad de rectificado de hasta 6 mm (0,236 pulgadas) y la velocidad de la pieza de trabajo es baja. Se utilizan superficies con un aglomerante de resina de grado más blando para mantener baja la temperatura de la pieza de trabajo y un acabado superficial mejorado de hasta 1,6 μm Rmax.

El CFG puede tardar 117  s en eliminar 1 de cada ³ (16 cm ³ ) de material. El rectificado de precisión tardaría más de 200 s en hacer lo mismo. El CFG tiene la desventaja de una rueda que se degrada constantemente, requiere una alta potencia del husillo (51 hp o 38 kW) y está limitado en la longitud de la pieza que puede mecanizar. ^[1]

Para solucionar el problema del afilado de las muelas, en los años 70 se desarrolló el rectificado de avance lento con rectificado continuo (CDCF). La muela se rectifica constantemente durante el mecanizado en el proceso CDCF y se mantiene en un estado de afilado especificado. Se necesitan solo 17 s para eliminar 1 de cada ³ (16 cm ³ ) de material, lo que supone una enorme ganancia en productividad. Se requiere una potencia de husillo de 38 hp (28 kW), con velocidades de husillo bajas a convencionales. Se eliminó el límite de longitud de la pieza.

El rectificado profundo de alta eficiencia (HEDG) es otro tipo de rectificado. Este proceso utiliza muelas superabrasivas revestidas. Estas muelas nunca necesitan ser reafiladas y duran más que otras muelas. Esto reduce los costos de inversión en equipos de capital. El HEDG se puede utilizar en piezas de gran longitud y elimina material a una velocidad de 1 en ³ (16 cm ³ ) en 83 s. El HEDG requiere una alta potencia del husillo y altas velocidades del husillo. ^[1]

El rectificado por pelado , patentado con el nombre de Quickpoint en 1985 por Erwin Junker Maschinenfabrik, GmbH en Nordrach, Alemania, utiliza un disco de rectificado superabrasivo delgado orientado casi paralelo a una pieza de trabajo cilíndrica y funciona de manera similar a una herramienta de torneado. ^[1]

El rectificado de ultraalta velocidad (UHSG) puede funcionar a velocidades superiores a 40 000 pies por minuto (200 m/s) y requiere 41 s para eliminar 1 de cada ³ (16 cm ³ ) de material, pero todavía se encuentra en la etapa de investigación y desarrollo (I+D). También requiere una alta potencia y velocidades de husillo elevadas. ^[1]

El rectificado cilíndrico (también llamado rectificado de tipo central) se utiliza para rectificar las superficies cilíndricas y los hombros de la pieza de trabajo. La pieza de trabajo se monta en centros y se hace girar mediante un dispositivo conocido como mordaza de torno o impulsor central. La muela abrasiva y la pieza de trabajo giran mediante motores separados y a diferentes velocidades. La mesa se puede ajustar para producir conos. El cabezal de la muela se puede girar. Los cinco tipos de rectificado cilíndrico son: rectificado de diámetro exterior (OD), rectificado de diámetro interior (ID), rectificado de inmersión, rectificado de avance lento y rectificado sin centro. ^[2]

Una rectificadora cilíndrica tiene una rueda de rectificado (abrasiva), dos centros que sostienen la pieza de trabajo y un mandril, un diente de rectificado u otro mecanismo para impulsar la pieza. La mayoría de las rectificadoras cilíndricas incluyen un pivote para permitir la formación de piezas cónicas. La rueda y la pieza de trabajo se mueven en paralelo entre sí tanto en dirección radial como longitudinal. La rueda abrasiva puede tener muchas formas. Las ruedas estándar en forma de disco se pueden utilizar para crear una geometría de pieza de trabajo cónica o recta, mientras que las ruedas formadas se utilizan para crear formas más elaboradas y producen menos vibración que el uso de una rueda regular en forma de disco. ^[3]

Las tolerancias para el rectificado cilíndrico se mantienen dentro de ±0,0005 pulgadas (13 μm) para el diámetro y ±0,0001 pulgadas (2,5 μm) para la redondez. El trabajo de precisión puede alcanzar tolerancias tan altas como ±0,00005 pulgadas (1,3 μm) para el diámetro y ±0,00001 pulgadas (0,25 μm) para la redondez. Los acabados de la superficie pueden variar de 2 micropulgadas (51 nm) a 125 micropulgadas (3,2 μm), con acabados típicos que varían de 8 a 32 micropulgadas (0,20 a 0,81 μm).

El rectificado de superficies utiliza una rueda abrasiva giratoria para eliminar material, creando una superficie plana. Las tolerancias que normalmente se logran con el rectificado de superficies son ±2 × 10 ⁻⁴ pulgadas (5,1 μm) para rectificar un material plano y ±3 × 10 ⁻⁴ pulgadas (7,6 μm) para una superficie paralela. ^[4]

La rectificadora de superficies está compuesta por una rueda abrasiva, un dispositivo de sujeción conocido como mandril , ya sea electromagnético o de vacío, y una mesa reciprocante.

El rectificado se utiliza habitualmente en hierro fundido y en varios tipos de acero . Estos materiales se prestan al rectificado porque pueden sujetarse mediante el mandril magnético que se utiliza habitualmente en las rectificadoras y no se funden en la rueda de corte, lo que la obstruye y evita que corte. Los materiales que se rectifican con menos frecuencia son el aluminio , el acero inoxidable , el latón y los plásticos . Todos ellos tienden a obstruir la rueda de corte más que el acero y el hierro fundido, pero se pueden rectificar con técnicas especiales.

Rectificado sin centro : la pieza de trabajo se sostiene mediante una cuchilla en lugar de mediante centros o mandriles. Se utilizan dos ruedas; la más grande se utiliza para rectificar la superficie de la pieza de trabajo y la rueda más pequeña se utiliza para regular el movimiento axial de la pieza de trabajo. Los tipos de rectificado sin centro incluyen el rectificado de avance continuo, el rectificado de avance/inmersión y el rectificado interno sin centro.

Rectificado electroquímico : una pieza de trabajo con carga positiva en un fluido conductor se erosiona mediante una muela de rectificado con carga negativa. Los fragmentos de la pieza de trabajo se disuelven en el fluido conductor.

Rectificado electrolítico en proceso ( ELID ) : en esta tecnología de rectificado de ultraprecisión, la muela de rectificado se rectifica electroquímicamente y en proceso para mantener la precisión del rectificado. Una celda ELID consta de una muela de rectificado con unión metálica, un electrodo de cátodo, una fuente de alimentación de CC pulsada y un electrolito. La muela está conectada al terminal positivo de la fuente de alimentación de CC a través de una escobilla de carbón, y el electrodo está conectado al polo negativo de la fuente de alimentación. Por lo general, se utilizan líquidos alcalinos como electrolitos y refrigerantes para el rectificado. Se utiliza una boquilla para inyectar el electrolito en el espacio entre la muela y el electrodo. El espacio generalmente se mantiene en aproximadamente entre 0,1 mm y 0,3 mm. Durante la operación de rectificado, un lado de la muela participa en la operación de rectificado mientras que el otro lado de la muela se rectifica mediante una reacción electroquímica. La disolución del material de unión metálica es causada por el rectificado que, a su vez, da como resultado la protrusión continua de nuevos granos afilados. ^[5]

El rectificado de formas es un tipo especializado de rectificado cilíndrico en el que la muela de rectificado tiene la forma exacta del producto final. La muela de rectificado no atraviesa la pieza de trabajo.^[6]

El rectificado interior se utiliza para rectificar el diámetro interior de la pieza de trabajo. Los agujeros cónicos se pueden rectificar con el uso de rectificadoras interiores que pueden girar en sentido horizontal.

Preafilado : cuando se ha construido una herramienta nueva y se la ha tratado térmicamente, se la afila previamente antes de comenzar con la soldadura o el recargue. Esto generalmente implica afilar el diámetro exterior (OD) ligeramente más alto que el diámetro exterior del afilamiento de acabado para garantizar el tamaño de acabado correcto.

Una muela abrasiva es una rueda desechable que se utiliza para diversas operaciones de rectificado y mecanizado abrasivo. Generalmente está hecha de una matriz de partículas abrasivas gruesas prensadas y unidas entre sí para formar una forma sólida y circular; hay varios perfiles y secciones transversales disponibles según el uso previsto para la rueda. Las ruedas abrasivas también pueden estar hechas de un disco sólido de acero o aluminio con partículas unidas a la superficie.

El uso de fluidos en un proceso de rectificado suele ser necesario para enfriar y lubricar la rueda y la pieza de trabajo, así como para eliminar las virutas producidas en el proceso de rectificado. Los fluidos de rectificado más comunes son los fluidos químicos solubles en agua, los aceites solubles en agua, los aceites sintéticos y los aceites derivados del petróleo. Es imperativo que el fluido se aplique directamente en el área de corte para evitar que el fluido se aleje de la pieza debido a la rápida rotación de la rueda.

La pieza de trabajo se sujeta manualmente a un torno, accionado por la placa frontal, que sostiene la pieza entre dos centros y la hace girar. La pieza y la muela de amolar giran en direcciones opuestas y se eliminan pequeños trozos de la pieza a medida que pasa por la muela de amolar. En algunos casos, se pueden utilizar centros de accionamiento especiales para permitir que se afilen los bordes. El método de sujeción afecta el tiempo de producción, ya que cambia los tiempos de preparación.

Los materiales típicos para las piezas de trabajo incluyen aluminio, latón, plásticos, hierro fundido, acero dulce y acero inoxidable. El aluminio, el latón y los plásticos pueden tener características de maquinabilidad de malas a regulares para el rectificado cilíndrico. El hierro fundido y el acero dulce tienen muy buenas características para el rectificado cilíndrico. El acero inoxidable es muy difícil de rectificar debido a su tenacidad y capacidad para endurecerse por deformación, pero se puede trabajar con muelas de rectificado del grado adecuado.

La forma final de una pieza de trabajo es la imagen especular de la muela de rectificado, con muelas cilíndricas que crean piezas cilíndricas y muelas formadas que crean piezas formadas. Los tamaños típicos de las piezas de trabajo varían de 0,75 pulgadas a 20 pulgadas (18 mm a 1 m) y de 0,80 pulgadas a 75 pulgadas (2 cm a 4 m) de longitud, aunque se pueden rectificar piezas de 0,25 pulgadas a 60 pulgadas (6 mm a 1,5 m) de diámetro y de 0,30 pulgadas a 100 pulgadas (8 mm a 2,5 m) de longitud. Las formas resultantes pueden ser cilindros rectos, formas cónicas de bordes rectos o incluso cigüeñales para motores que experimentan un par relativamente bajo.

Los cambios en las propiedades químicas incluyen una mayor susceptibilidad a la corrosión debido a la alta tensión superficial.

Las propiedades mecánicas cambiarán debido a las tensiones que se ejercen sobre la pieza durante el acabado. Las altas temperaturas de rectificado pueden provocar la formación de una fina capa martensítica sobre la pieza, lo que reducirá la resistencia del material debido a las microfisuras.

Los cambios en las propiedades físicas incluyen la posible pérdida de propiedades magnéticas en materiales ferromagnéticos .

• Adithan, M.; Gupta, AB (2002), Tecnología de fabricación, New Age International Publishers, ISBN 978-81-224-0817-1.