UNIDAD 4. ACABADOS SUPERFICIALES

UNIDAD 4. ACABADOS SUPERFICIALES

Equipo1.

TEMA 4.1. RECTIFICADO

El rectificado es una operación de mecanizado en la que una herramienta llamada muela arranca virutas cortas y delgadas obteniendo superficies con un grado de terminación superficial, exactitud de forma geométrica y precisión dimensional generalmente superiores alas obtenida mediante el torneado, el cepillado o el fresado

Los elementos cortantes son granos de material abrasivo de forma irregular, de múltiples puntas y aristas. Cada grano constituye en un filo de los numerosos que actúan en forma simultánea.

Las muelas son sólidos de revolución moldeados, compuestos por granos abrasivos distribuidos uniformemente y unidos mediante un material ligante o aglomerante.

Los granos también pueden actuar sin que  formen parte de una herramienta propiamente dicha, actuando en suspensión en un fluido, como en el caso del lapidado. La acción de mecanizado se produce al desplazarse la pieza a trabajar con respecto al “útil lapidador” (de forma complementaria a la superficie que se mecaniza), entre los cuales se encuentra interpuesto el material abrasivo.

Entre los procesos más empleados en el mecanizado con abrasivos pueden citarse: el rectificado, el súper acabado, el bruñido y el lapidado. Cada uno de ellos posee características propias en cuanto al tipo de máquina empleada, la forma de la herramienta, clase de movimientos principal y de avance, magnitud de la velocidad de corte, etc. Si bien todos estos procesos, tienen un uso industrial muy difundido, el rectificado es sin dudas el de mayor aplicación práctica, por lo cual será tratado con preferencia en lo que sigue.

EL RECTIFICADO

Caracteriza a este proceso el empleo de una muela como herramienta de corte, de múltiples filos, cuya semejanza con una fresa permite establecer la siguiente comparación:

MUELA                                                                                 FRESA

Gran cantidad de filos                                               Pequeña cantidad de filos

Alta velocidad de corte                                             Menor velocidad de corte

Pequeña profundidad de pasada                             Mayor profundidad pasada

Filos irregulares                                                       Filos iguales

Filos distribuidos al azar                                                Filos uniformemente distribuidos

¿COMO FUNCIONAN LAS RECTIFICADORAS?

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.

TIPOS DE RECTIFICADORA

·         RECTIFICADORA CILINDRICA

En la rectificadora cilíndrica, la superficie a rectificar es una superficie de revolución (como en el torno). Una rectificadora cilíndrica puede ser de exteriores, de interiores, o estar equipada para hacer ambos tipos de rectificados.

·         RECTIFICADORA TANGENCIAL O PLANA

En la rectificadora tangencial o plana, la superficie a rectificar es una cara plana. De esta forma se consiguen grandes calidades y muy buenas planitudes, además de precisión en las medidas. La mesa de la máquina está dotada de una base magnética para la sujeción de la pieza.

·         RECTIFICADORA SIN CENTROS

La rectificadora sin centros es una máquina que puede automatizarse sin demasiados problemas, dotándola de cargador de piezas y un sistema de evacuación, por lo que se suele usar para conseguir grandes productividades. Su empleo es común cuando una pieza es demasiado corta para sujetarse entre centros, o es necesario rectificar toda su longitud.

Una variante de los rectificados es la posibilidad de tallar un perfil en la muela mediante una herramienta de diamante para obtener rectificados de perfiles especiales (roscas, engranajes, rodillos de laminación, ...)

Ese desplazamiento DT será de una distancia no mayor al ancho de la muela para repetir las pasadas longitudinales hasta abarcar toda la superficie a rectificar.

DESGASTES DE MUELAS

Al igual que las herramientas de corte, las muelas de rectificado también sufren desgaste como consecuencia de las grandes fuerzas y altas temperaturas que se alcanzan en la zona de contacto. El desgaste produce en la muela

Pérdida de capacidad abrasiva            

(escala microscópica).

Pérdida de geometría/perfil (escala                               

macroscópica).                                                                                         

TEMA 4.2. PULIDO

¿QUÉ ES UN LAPEADO?

El lapeado es un proceso de terminación de una superficie por medio de la remoción de material a través de partículas abrasivas disueltas entre la superficie de trabajo y el útil el cual nos permite conseguir mucha precisión en el acabado superficial, conocida como rugosidad. Este tipo de terminación se consigue a través de abrasión muy fina. En aplicaciones de cierres mecánicos es muy importante tener en cuenta la planitud de la superficie de la cara de roce a trabajar, dado que este punto es muy importante para el correcto funcionamiento de dicho cierre. El control de planitud se efectúa a través de un conjunto de luz monocromática y un cristal óptico de alta definición, por cual se obtiene una medición de acuerdo con las bandas de luz proyectadas sobre la superficie trabajada. 

¿QUÉ ES UNA LAPEADORA?

Herramienta mecánica empleada para efectuar una operación de acabado superficial de gran precisión, denominada lapeado. Se usa mucho en los talleres mecánicos para comprobar el alisado de las superficies de la culata y para corregir pequeñas deformaciones eventuales.

La lapeadora es una herramienta semejante a una muela, de forma apropiada en función de la superficie que se mecaniza, construida con metales relativamente blandos. La mecanización se efectúa interponiendo entre la herramienta y la superficie que se mecaniza polvos abrasivos finos, en seco, o bien emulsiones que tienen la doble función de lubricación y refrigeración.  La mecanización de una superficie efectuada con la lapeadora permite alcanzar un grado de rugosidad muy bajo, conseguido prácticamente sin arranque de material, puesto que a la pequeña acción de abrasión se suma un eficaz aplastamiento del material.

MATERIAL ABRASIVO

Se conoce con el nombre de abrasivos, determinados materiales naturales o artificiales de gran dureza y que en forma de granos sueltos o aglomerados se emplean para la limpieza y conformado de toda clase de materiales.
Los abrasivos se proyectan o frotan sobre la superficie de la pieza que se desea limpiar, y los diminutos cristales que lo forman arrancan parte del material cuando sus aristas agudas se presentan de forma favorable. Las partículas arrancadas no tienen forma definida como las virutas de las máquinas herramientas, además son de un tamaño más pequeño del orden de la milésima de milímetro.

A pesar de esto, se consiguen arranques de material relativamente importantes pues como se proyectan o frotan granos de abrasivo en gran cantidad se arranca muchas partículas simultáneamente.  Sin embargo, los abrasivos no se emplean generalmente para arranques importantes de material, sino más bien para limpieza, acabado y pulido.

PROCESOS PARA LAPEADO

Se puede realizar a mano o usando máquinas especiales. Se puede aplicar a materiales metálicos y no metálicos de casi cualquier dureza, pero si el material es excesivamente blando los granos de abrasivo se pueden quedar incrustados en la pieza.

Cuando el lapeado se realiza manualmente se emplea una placa plana estriada. Por ejemplo, se podría extender polvo de esmeril sobre la superficie de la placa, que después se frotaría contra la pieza a lapear con un movimiento irregular, rotatorio, quizás en forma de ocho para que el desgaste sea uniforme.

1Placa pequeña de hierro fundido para lapear.

Para una máquina de lapear comercial con un plato de lapear relativamente pequeño, ya que máquinas con platos de hasta 3 metros de diámetro son habituales. La pieza se colocaría sobre el plato, dentro de los anillos, y se colocaría un peso encima para que ejerza una presión de entre 0,2 y 0,3 MPa. Al funcionar, los anillos mantendrían la pieza sujeta mientras la placa inferior gira

 RUGOSIDAD SUPERFICIAL

El lapeado elimina unas micras de material, normalmente menos de 0,025 mm y permite obtener superficies con una rugosidad superficial muy baja (Ra < 0,16 µm ), mejor que la de otras operaciones como el rectificado.

APLICACIONES

Existen infinidad de aplicaciones las principales son para dar acabados extremadamente finos como, por ejemplo:

·         Pulido de piezas de fundición

·         Pulido de piezas automotrices

·         Pulido de piezas electrónicas

·         Pulido de piezas de motores

·         Pulido para quemadores de combustible

·         Acabados de herramientas

·         Pulido de reparaciones y demostraciones

·         Pulido para cierres mecánicos

·         TEMA 4.3. BRUÑIDO

BRUÑIDO

El bruñido es actualmente un proceso productivo de fabricación utilizado para mejorar la geometría del orificio y la rugosidad en las piezas. El bruñido elimina tensiones residuales causadas por el taladrado, escariados y rectificado interior. Ha pasado a ser un método rápido y eficiente en el dimensionado de precisión en una amplia gama de piezas, desde componentes de motores de turbinas a guías de válvulas.

El bruñido se asocia a superficies de revolución, sobre todo interiores, aunque puede ser exterior. Las características finales de la superficie bruñida son similares a las del lapeado: gran precisión y rugosidad superficial muy buena, además de características geométricas de redondez excelentes.

Es un proceso de arranque de metal utilizado tras la fundición, sinterizado, escariado, taladrado o rectificado para obtener una geometría de precisión y un acabado superficial perfecto. En la última década el bruñido ha llegado a ser un proceso mejor descrito como acabado de orificios, dada la cantidad de arranque logrado y el incremento substancial de los porcentajes alcanzados

Una ventaja adicional que ofrece el bruñido es la mejora de la rugosidad superficial. La mayoría de los procesos de bruñido crean un trazado rayado helicoidal en el orificio. Esta textura forma una buena superficie porque permite la transferencia axial de lubricación. La elección de tamaño de grano de abrasivo determina el acabado superficial obtenido.

Dado que los puntos de corte de los granos de abrasivo de bruñido son muy pequeños y cortan simultáneamente, el calor y la tensión generada en la pieza de trabajo nunca llegan a concentrarse. Como resultado el proceso daña mínimamente la superficie y la integridad de la superficie bruñida es excelente.

La figura superior representa una herramienta de bruñir interiores. Mediante un sistema extensible la herramienta abrasiva se abre y apoya sobre la superficie del agujero procediendo a la eliminación del material. Lo que se hace es reducir o deformar las crestas que quedan en el material tras el mecanizado.

El bruñido pueden realizarlo también unos rodillos, que mediante presión hacen fluir la superficie del material (deforman la rugosidad “aplastando” las asperezas). Hoy en día el proceso se ha flexibilizado mediante herramientas que se pueden acoplar a la torreta de una máquina de CNC.

BRUÑIDO EXTERIOR

La pieza se sujeta entre puntos y se la hace girar mientras la herramienta realiza un movimiento longitudinal oscilatorio variable.

BRUÑIDO INTERIOR

Al bruñir se producen dos movimientos que se solapan:

·         Movimiento giratorio

·         Movimiento lineal

MATERIALES MAS EMPLEADOS

·         Ferrosos

-Aceros al carbono

-Aceros aleados

-Aceros inoxidables

-Aceros de herramientas

-Aleaciones de níquel

-Aleaciones de tungsteno

·         No ferrosos

-Aleaciones de Aluminio

-Aleaciones de Cobre

-Aleaciones de Titanio

-Aleaciones de Magnesio

APLICACIONES    

								Camisas de motores
	Piezas de motor
				Cigueñales
							Piston

Se suele utilizar liquido de corte como medio lubricante (80% de petróleo, 20% de aceite universal):

Piedras de Bruñido *Nitrato de boro cubico *Diamante natural o sinterizado

Herramienta de Bruñido *Máximo 6 piedras por herramienta

Alesometro

4.4. Tamboreo

 Al tamboreo también se le conoce como frotación. Es el proceso de limpieza de partes metálicas pequeñas con la ayuda de un abrasivo. El procedimiento consiste en introducir las piezas metálicas en el tambor y hacerlo girar sobre los muñones las partes que se desean limpiar se empacan ajustadamente en el tambor.

Se puede decir que el tamboreo es una operación de acabado de metales ya que elimina una gran cantidad de metal y produce superficies limpias. Debido a que se trata de un proceso de remoción de metal no se puede utilizar en la limpieza de componentes que tengan esquinas por que las redondea.

4.5. Esmerilado

El esmerilado. Es la operación de ajuste que se realiza frotando suavemente una superficie abrasiva o pulidora, contra otras superficies planas o curvas ya trabajadas con limas, rasquetas y máquinas herramienta.

Las superficies pulidoras suelen ser más blandas que las que hay que trabajar; pero se cargan con granos y polvo de sustancias muy duras, llamadas abrasivos, y también materiales esmerilantes.

Las tres posiciones del grano abrasivo sobre la superficie en un estado fijo son:

1. El grano entra en contacto con la superficie de la muestra. El grano se fija completamente en la dirección X; puede que exista movimiento (resiliencia) en dirección Y. La viruta se genera cuando el grano entra en contacto con el material de la muestra.

2. El grano se queda a mitad de recorrido y la viruta va creciendo. 

3. El grano pasa sobre la superficie de la muestra, arañándola con una deformación relativamente pequeña en el material de la muestra.

Particularidades de la operación

El esmerilado puede hacerse a mano y a máquina, sobre materiales en estado natural o endurecidos por el temple, la cementación, etcétera.

El esmerilado a mano es muy lento y exige una gran sensibilidad manual. El grado de acabado que se logra con el esmerilado puede medirse con aparatos especiales.

En los dibujos realizados por los proyectistas, el esmerilado se indica con el grado de rugosidad, representado por un número que expresa la precisión en micrones.

El grado de rugosidad tiene relación con el maquinado y la tolerancia de trabajo.

Materiales empleados

Los materiales abrasivos pueden ser naturales, como el esmeril y el corindón: o artificiales, como los llamados Alundum, carborundum, óxido de cromo, diamantina, etc.

Los materiales esmerilantes se utilizan en forma de polvo mezclado con querosén o con aceite; adheridos a papeles especiales y muy consistentes, o a diversas telas, y también en forma de muelas o bloques abrasivos.

En el comercio, esos granos se designan con número convencionales (de 100 a 600), que indica la cantidad de agujeros por pulgada cuadrada de los tamices utilizados para separar y clasificar los materiales esmerilantes.

Existen, además, abrasivos en polvo muy fino, casi impalpable, que se utilizan en forma de pasta, o adheridos a telas y papeles, en la fase de acabado.

Cómo utilizar el esmerilado

Esta operación se efectúa sobre piezas planas, cóncavas, convexas, roscas, agujeros, engranajes, etc. Tratándose de piezas no templadas, es necesario que la superficie haya sido antes acabada esmeradamente con rasqueta o con máquina herramienta.

Si las piezas son endurecidas, conviene alisar previamente la superficie con muelas o con bloques abrasivos. Luego, según la forma de la pieza, se prepara el pulidor adecuado, que se carga, primero, con esmeril de grano grueso y luego, cada vez más fino en las sucesivas operaciones, hasta la terminación del esmerilado.

Antes de cambiar el material esmerilante, es menester lavar bien el pulidor con querosén o con nafta. La operación de esmerilado se debe ejecutar con gran esmero y la mayor exactitud, pues basta cargar demasiado el pulidor de una parte, o bien apretar un poco más de lo necesario, para rayar el trabajo.

4.6. Galvanoplastia

La galvanoplastia es la práctica de la unión de un recubrimiento superficial de un material a otro por métodos electroquímicos. Generalmente un revestimiento de múltiples capas que consta de una o dos capas de cobre, una o dos capas de níquel y una capa final de cromo, latón, oro, o cualquier otro metal platable.

Estos procesos llegan a proporcionar una piel exterior lisa, densa como la fundición a presión y el moldeado permanente. Típicamente, estos son metales o aleaciones de metales unidos a otros sustratos metálicos.

El esquema anterior muestra el proceso:

Donde se deposita un metal sobre otro, se hace dimanar una corriente eléctrica de las placas sumergidas (ánodos) hacia el objeto que se ha de galvanizar, a través de una solución de sales metálicas (electrólisis). Los ánodos son del mismo metal que la electrólisis y se disuelve en ella lentamente. Los iones de metal son atraídos por los objetos que se galvanizan y se despojan aquí de sus cargas eléctricas y se depositan sobre sus superficies. Plata, níquel, cobre y zinc son los metales más generalmente utilizados en este proceso.

Con este acabado se obtiene:

·         Resistencia Mecánica  

·         Resistente a la corrosión

·         Resistente a la abrasión

Usos:

• ·         Componentes de automóvil, avión, y en barcos
• ·         Grifos de baño
• ·         Quemadores de gas de cocina
• ·      Componentes médicos para lograr una superficie que puede ser desinfectado o esterilizado.
• ·         Hebillas, botones, llaveros,
• ·         En la bisutería se utilizan baños de oro 
• ·         En joyas metales más escasos como platino y rodio. 

Ejemplos:

·         Galvanización con un baño de zinc alcalino sin cianuro: Un baño de zinc alcalino, libre de cianuro, con la aplicación posterior de cromato azul o amarillo.

·        

 Galvanización con un baño de zinc ácido: Un baño de zinc ácido con la aplicación posterior de cromato amarillo. Apropiado sobre todo para el hierro fundido.

Otras aplicaciones:

·         

Bronces galvanoplásticos: Son esculturas de metal de forma alternativa a la colada de metal fundido. Aunque el metal real es, por lo general, cobre. Es posible aplicar prácticamente cualquier pátina a estas esculturas, los dorados también se podían realizar fácilmente en las mismas instalaciones de galvanoplastia mediante electrodeposición.

·         

Objetos de valor: Monedas antiguas. En algunos casos estas copias han demostrado ser más duraderos que los frágiles originales.

·         Impresión: Inicialmente, la galvanoplastia se empleó para hacer reproducciones de cobre de las placas de metal grabadas o tallas de madera, que se utilizaban para imprimir las ilustraciones. Los electrotipos se podrían incorporar, junto con tipos móviles para componer los clichés para la impresión. 

4.7. Pintado

La pintura es uno de los más habituales y fáciles de aplicar. Practicamente todas las tecnologías aceptan perfectamente el pintado. De todas formas, al aplicar la pintura en los prototipos, resalta cualquier imperfección superficial, por lo que es recomendable para obtener un acabado perfecto, usar tecnologías que tengan un buen acabado. Siempre se pueden pulir los prototipos para minimizar estas imperfecciones o los propios saltos de capa de las tecnologías de prototipado. Una vez solucionado el problema, basta con indicar el RAL elegido y obtendremos piezas con acabado real.

1. Limpieza

La base para un modelo pintado eficaz y duradero requiere de técnicas minuciosas de acabado post procesamiento.

Primero, quita todo el material de soporte del modelo mediante una estación WaterJet

Remoja el modelo en una solución de hidróxido de sodio al 2 % diluido en agua por aproximadamente 30 minutos

Vuelve a enjuagar el modelo en la estación WaterJet para eliminar todos los residuos

Deja que el modelo se seque por completo

Limpia todas las superficies con un paño que no suelte pelusa más alcohol isopropílico (>90 %)

2. Pintura base

Se recomienda usar pintura base en los modelos para ayudar a que se adhiera el pigmento y para emparejar las texturas de la superficie. En el caso que se ilustra aquí, primero se usó un espray automático de pintura base mate para el color neutral base de fondo.

Rocía una capa pareja de pintura base en todas las superficies del modelo

Deja que la pintura base se seque por completo

Material utilizado: espray de pintura base para automóviles

3. Uso de colores fuertes

Usar colores fuertes es una técnica que simplifica la pintura al aplicar diferentes pinturas de colores en áreas grandes a modo de base para las capas siguientes. Pinta áreas de color sólido con brochas.

4. Capas de colores

Pintar cada sección de color con diferentes tonos y tipos de color agrega profundidad y dimensión.

5. Resaltar los detalles

La apariencia de un modelo se puede mejorar al agregar contraste de color y definición. Esta técnica requiere oscurecer las áreas sombreadas, así como resaltar las superficies reflectantes.

Pinta las superficies superiores con colores ligeros y claros, y define los bordes con tonos oscuros y opacos

Frota pigmento o crema de enchapado

6. Envejecido y pátina

Se puede lograr una apariencia gastada y agujereada con algunas técnicas poco convencionales. En este ejemplo, se raspó, rayó y escarbó el modelo con varias herramientas (con mucho cuidado para no destruir los detalles importantes). Crear un efecto envejecido también se puede conseguir al aplicar una leve salpicadura de pintura o manchas.

Crea marcas de daños o envejecido al raspar el modelo con varias herramientas

Seca el pigmento del modelo con una brocha seca, para crear áreas manchadas

Añade manchas al untar la brocha en el pigmento y salpicarla sobre el modelo, puedes pasar el pulgar por las cerdas de la brocha

7. Acabado

Se recomienda sellar el modelo pintado para proteger la superficie pintada y conseguir el brillo deseado. En este ejemplo, se roció el brazo con un acabado mate claro. Se usó una brocha para pintar el acabado brillante más grueso de las uñas y de las áreas sangrientas de la armadura.

Rocía el modelo con una capa transparente de acabado

Pinta un acabado brillante para lograr detalles de apariencia húmeda

Materiales utilizados:

Recubrimiento transparente de barniz en aerosol o laca