4.6 Procesos No Convencionales de Mecanizado_v2

INGENIERA DE FABRICACIN

INGENIERA DEFABRICACIN

Grado en Ingeniera en Tecnologas IndustrialesGrado en Ingeniera Mecnica


Leccin 6: Procesos No Convencionales de Mecanizado

BLOQUE: Tecnologas y Procesos de Conformado con Eliminacin de Material

TEMARIO

3.1 Introduccin. Procesos de Conformado con Eliminacinde Material

3.2 Procesos Convencionales de Mecanizado3.3 Herramientas de Corte3.4 Fundamentos Tericos del Mecanizado3.5 Desgaste y Vida de la Herramienta3.6 Procesos no Convencionales de Mecanizado3.7 Elementos de Diseo y Planificacin de Procesos de

Mecanizado. Aspectos Econmicos, de Seguridad yMedioambiente




PR

OC

ESO

S D

E C

ON

FOR

MA

DO

CO

N E

LIM

INA

CI

N D

E M

ATE

RIA

L

Distintos criterios de Clasificacin

Los ms extendidos hacen referencia a:

Accin de Arranque

Forma de Material Arrancado

Uso extendido del Proceso

Tiempo de Aplicacin

Todos estos criterios llevan a clasificaciones muy similares

Convencionales

Tradicionales

No Convencionales

No TradicionalesArranque Virutas

Arranque MecnicoHerramienta

Arranque Partculas

Arranque no Mecnico

Arranque MecnicoMicroimpacto

ArranqueCombinado




Arranque no Mecnico


ArranqueCombinado

Trmico (Plasma, Lser)

Elctrico y electrotrmico (Electroerosin)

Qumico y electroqumico (Fresado Qumico)

Fotoqumico (Marcado Fotoqumico)

Otros (Ultrasonidos,)

Agua (Chorro de Agua)

Abrasivos

Herramientas

RECTIFICADO

PULIDO

ACABADO


Mecanizado Asistido




PROCESOS DE MECANIZADO POR LSER

LASER: Light Amplification by Stimulated Emision of Radiation

Amplificacin de Luz mediante Estimulacin de Emisin de Radiacin. Se genera luz mediante un estmulo externoy este haz de luz se amplifica en el generador lser. El lser es un dispositivo que emite luz amplificada

La luz generada por el lser es monocromtica (de una nica longitud de onda), coherente (todas las ondaselectromagnticas que lo componen tienen la mxima amplitud en el mismo instante) y direccional (todas lasondas electromagnticas viajan en una nica direccin). Estas propiedades permiten dirigir un haz lser a grandistancia y, lo que es ms importante para el caso de los TECNOLOGAS DE LOS SISTEMAS DE FABRICACIN,concentrar toda la energa que lleva un haz lser en un punto (3 mm a 1 mm)

Proceso de Mecanizado Trmico

Laser Machining / Laser Aided Machining (LAM)

El Mecanizado por Lser o Corte por Lser es un proceso de conformado no convencional por arranque de material,el cual se produce a partir de de la accin de un rayo lser focalizado sobre un material.

LASER




GENERACIN DEL LSER a: medio activo (gas, slido,

semiconductor)

b: excitacin (lmparas, diodos, descarga elctrica)

c: Espejos (c: 100% reflectante y c: 99%-50% reflectante)

MEDIO ACTIVO Dependiendo del medio activo se

excita de una forma diferente.

En la industria, los lser ms habituales son de CO2, estado slido o diodo.

Haz

b

b

c ca

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Laser de CO2. Fte: ROFIN SINAR




La luz LASER es una onda electromagntica:Existen diferentes tipos de LASER que emiten en diferentes zonas del espectro

electromagntico




CO

2-

:10300 n

m

Nd:Y

AG

1030 n

mD

iodos

720-9

60 n

m

Excim

ero

120-3

00 n

m




Los lser de semiconductor de baja potencia(





Corte por lser. El corte por lser es un proceso donde la base es calentar el materialhasta su temperatura de fusin o vaporizacin. Este calentamiento se consiguemediante la focalizacin del haz lser en la superficie de la pieza.

Velocidad de corte

Haz lser

Lente

Entrada de gas

Material evacuado

Cabezal de corte




PROCESOS DE MECANIZADO POR LSER:DEPOSICIN (LASER CLADDING)




PROCESOS DE MECANIZADO POR LSER: MODIFICACIN SUPERFICIAL




Frontal de electrodomstico decorado con lser.

Fte: Maier S. Coop.

Piezas de plstico que podran ser decoradas por el cliente en el Citroen DS5 o Audi e-tron. Fte: Citroen y Audi





m

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

50.7 m

4.71 mm

4.82 mm

Alpha = 308 Beta = 24

rea pulida

20X


m

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 mm

Longitud = 4.21 mm Pt = 29.1 m Escala = 50 mZona pulidaZona fresada Zona fresada




Arranque no Mecnico


ArranqueCombinado







Abrasivos

Herramientas

RECTIFICADO

PULIDO

ACABADO


Mecanizado Asistido




PLASMA

Qu es el Plasma?

Es el 4 estado de la materia. El plasma es un perfecto conductor elctrico en estadogaseoso.

Cmo se consigue?

El plasma se consigue calentando un gas a alta temperatura, debido a esta, los gasesse disocian e ionizan en parte. Esto se realiza haciendo pasar un gas por un orificiomuy pequeo y calentndolo por la accin de un arco elctrico, de esta manera seobtiene un chorro de PLASMA a temperaturas que oscilan los 20.000C.




PLASMA

La velocidad del gas aumenta considerablementedebido al estrangulamiento, lo que produce unbarrido del material liquido produciendo el corte.

Al calentar un gas hasta una temperaturadeterminada, se forma un conductor gaseoso de altatemperatura y alta energa cintica formado porelectrones libres, iones positivos, tomos disociados ymolculas del gas, a esto se le denomina plasma.

El chorro de plasma as obtenido tiene una altatemperatura y una elevada energa cintica, que alllegar a incidir sobre la pieza, la funde y en parte lavaporiza de forma que cuando se desplaza lamquina o la pieza, se produce el corte.




PLASMA

Ventajas A considerar

Alta velocidad de corte en chapa

semigruesa.

Calentamiento mnimo de la plancha a

cortar.

Adecuado para cortar cualquier tipo de

metales.

Radiaciones de rayos ultravioletas.

Superficies de corte convergentes.

Dificultades en perforar planchas gruesas.

Emisin de humos.

Emisin de ruidos.

Grandes inversiones.




PLASMA

Proceso de corte automtico

sumergido




PLASMA

https://www.youtube.com/watch?v=K5YEurZP2V8https://www.youtube.com/watch?v=PIDLA-CQxmw




Arranque no Mecnico


ArranqueCombinado







Abrasivos

Herramientas

RECTIFICADO

PULIDO

ACABADO


Mecanizado Asistido




PROCESOS DE MECANIZADO POR ELECTROEROSIN

Proceso de Mecanizado Elctrico-electrotrmico-electrotermomecnico

ElectroDischarge Machining (EDM)

El Mecanizado por Electroerosin es un proceso de conformado no convencional porarranque de material, el cual se produce a partir de descargas elctricas controladasen presencia de un dielctrico entre un electrodo y una pieza a la que se le elimina elmaterial a causa de la energa trmica desarrollada en cada descarga.

DIELCTRICO

PARTCULAS

CONDUCTORAS

ELECTRODO

PIEZA





+ElectrodoDielctrico

Pieza

I

V

0

0

G+

+

+

+

+

++

+

- -

- -

-

-





+ElectrodoDielctrico

Pieza

I

V

0

0

G

+

+

+

+

+

Iones + y e- se encuentran

acelerados creando un canal

de descarga que se vuelve

conductor, provocando el salto

de la chispa y dando origen a

un canal de plasma.

La intensidad de corriente

comienza a aumentar





Electrodo

Dielctrico

G

Se crean altas temperaturas

en los polos. Funden y

evaporan el material de la

pieza (colisiones de iones +) y

ligeramente la del electrodo

(colisiones e-). Alrededor del

canal de plasma se genera

una bola de gas que comienza

a crecer.

++

+

+

+

+

Pieza

I

V

0

0





G

Se crean altas temperaturas

en los polos. Funden y

evaporan el material de la

pieza (colisiones de iones +) y

ligeramente la del electrodo

(colisiones e-). Alrededor del

canal de plasma se genera

una bola de gas que comienza

a crecer.

Electrodo

Dielctrico

+

Pieza

I

V

0

0





G

La carga del Condensador

permite el paso de corriente

anulando la diferencia de

potencial al convertirse el

canal de plasma en un

conductor.

Durante unos instantes I es

mxima y V=0.

Electrodo

Dielctrico

+

Pieza

I

V

0

0





G

Cuando la bola de gas

alcanza un tamao crtico, y

hay una notable cantidad de

material fundido en los polos

(pieza) se corta la corriente, y

el dielctrico provoca la

implosin de la bola de gas y

material fundido.

I

V

0

0

Electrodo

Dielctrico

+

Pieza





G

Las fuerzas creadas originan

crteres en los polos al hacer

saltar el material fundido que

se solidifica al contactar con el

dielctrico formando esferas

que son arrastradas por ste.

Las esferas son la VIRUTA del

EDM

Electrodo

Dielctrico

+

Pieza

I

V

0

0





G

El Generador debe provocar

otra descarga para continuar

el proceso.

El tiempo de pausa debe ser

de ms para evitar residuos.

El electrodo pierde material.

Deben procurarse muchas

descargas al mismo tiempo

Electrodo

Dielctrico

Pieza

I

V

0

0

+

+

+

+

+

+

++

+





La produccin de mltiples descargas microlocalizadas provocanuna eliminacin homognea en la superficie del material





VIRUTA EDM





Boris y Natalia Lazarenko (1943)

Circuito RC (Relajacin)

Aplicacin a formas

Electrodo penetra en pieza

Servocontrol

Boris Zolotykh (1943)

Hace pblico Circuito RC

Mejora Circuito Lazarenko

Circuito para aumentar frecuencias

Promotor Electroerosin

ELEC

TRO

ERO

SI

N P

OR

PEN

ETR

AC

IN

(SE

DM

)





ELEC

TRO

ERO

SI

N P

OR

PEN

ETR

AC

IN

(SE

DM

)





ELEC

TRO

ERO

SI

N P

OR

PEN

ETR

AC

IN

(SE

DM

)

Materiales de Alta Dureza

Sector del Molde

Inyeccin

Inyeccin plsticos

Troquelera

Estampa de forja

Hileras de extrusin y estirado

tiles para sinterizado

Herramientas de corte





ELEC

TRO

ERO

SI

N P

OR

PEN

ETR

AC

IN

(SE

DM

)

Independencia de las caractersticas mecnicasdel material

Posibilidad de mecanizar un amplio espectrode espesores

Trabajar materiales novedosos

Formas complejas

Aceptables acabados

Aceptables tiempos de mecanizados

Control CNC

Baja desviacin en la medidas para piezas N.





ELEC

TR

OER

OSI

N

PO

R H

ILO

(W

EDM

)




Arranque no Mecnico


ArranqueCombinado







Abrasivos

Herramientas

RECTIFICADO

PULIDO

ACABADO


Mecanizado Asistido




PROCESOS DE MECANIZADO QUMICO. FRESADO QUMICO

Eliminacin de material por reaccin controlada con un determinado compuesto, generalmenteen estado lquido (en disolucin). El control de la reaccin puede hacerse mediante elmantenimiento de la velocidad de reaccin, mediante la activacin electroqumica, mediante laactivacin fotnica. La reaccin puede utilizarse para modificar las propiedades superficiales enprocesos de semiacabado.

Es el proceso de conformado qumico por eliminacin de material ms antiguo que existe. Suaplicacin principal es la de obtener cajas de espesores variables en piezas en las que elmecanizado convencional presenta varios de los siguientes inconvenientes:

Material de gran dureza (>400 HB)

Posibles cambios del estado superficial por accin termomecnica: cambios en la dureza y/omicroestructura, tensiones residuales,...

Piezas de gran superficie con alta flexibilidad

Difcil accesibilidad debido al gran tamao de las piezas

Difcil agarre y sujecin de las piezas debido a su gran tamao

Alta posibilidad de deterioro superficial por el empleo de mtodos convencionales

Problemas con la precisin





Enmascarado (MASKING)

inerte a la disolucin sobre la superficie del material .forma lquida (pintura spray) o de pelcula slida (tapping)

MMM

M





h2hh2

h1 = h - h2

El nmero de diferentes espesores de caja marcar el nmero de etapas quetendr el proceso.





h2h

h1 = h - h2

Ataque t=t1

h1

Agua de Red Agua desionizada (ppm) Desecado





h1

h2h

h = h1 + h2

h2h = h1 + h2

Ataque t=t2

Limpieza 1 Eliminacin pelcula Limpieza 2

Limpieza 1 Desengrasado Agua desionizada Desecado





Puede controlarse la curvatura interior de los cajones a partir de la velocidadde reaccin y disolucin del metal.





Propiedades

Aplicaciones:

Industria Aeronutica

UNS A92024 (Al-Cu)

UNS A97XXX (Al-Zn)

Grandes piezas planas y curvadas

Elementos estructurales

Aligeramiento de peso manteniendo resistencia

Industria Armamentstica

UNS A92XXX

UNS A95XXX (Al-Mg)

UNS A96XXX (Al-Mg-Si).

Pieles de misiles (grandes piezas curvadas)

Aligeramiento de peso manteniendo resistencia

Rango de velocidades: 210-3 - 0.1 mm/min




PROCESOS DE MECANIZADO QUMICO. PULIDO ELECTROQUMICO




Arranque no Mecnico


ArranqueCombinado







Abrasivos

Herramientas

RECTIFICADO

PULIDO

ACABADO


Mecanizado Asistido




Para Bajas y Medias Presiones (hasta 2800 bar):

Bomba de pistonesPoca fiabilidad a altas presiones

Para Alta Presiones (Sistema Convencional hasta 4100 bar):Multiplicadores

Uso de Acumuladores (Fluctuaciones)

Para Ultra Alta Presiones y Hyper Presin UHP (ms de 6000 bar):4 veces la velocidad del Sonido Mach4

El agua a unos 4000 bar es presurizada mediante un circuito hidrulico que la lleva hasta los 6000 bar.




(1) Abrasive Bulk Hopper(2) High Pressure Pump(3) Abrasive Metering Hopper(4) Cutting Head

(1) Abrasive Bulk Hopper(2) High Pressure Pump(3) Abrasive Metering Hopper(4) Cutting Head




1 - high-pressure water inlet2 - jewel (ruby or diamond)3 - abrasive (garnet)4 - mixing tube5 - guard6 - cutting water jet7 - cut material




CLASIFICACIN Y PROPIEDADES

Aspectos a evaluar en un material

abrasivo para AWJM:

- Dureza

- Geometra de las partculas

- Distribucin de tamaos de grano

- Composicin qumica

- Cristalografa

-

Geometras tpicas de granate utilizadas para AWJM

Se han definido diferentes

indicadores para cuantificar la

geometra de las partculas abrasivas

(elongation ratio, flatness ratio, etc.)




ATENDIENDO A LAS

ESPECIFICACIONES DE DISEO

Dificultad para realizar

piezas complejas

Utilizando un utillaje Rpido

Minimizando el tiempo de preparacin y de corte

Para cualquier tipo de material

Que no produzca

desperdicios y ahorre material

Sin producir daos en la

pieza




Buscar un proceso que

minimice los

problemas

Fresado convencional:

Piezas complejas,

Utillaje, Tiempo, Materiales

Fresado CNC: Utillaje,

Materiales, Residuos

(Taladrinas)

Plasma: Materiales, ZAC,

Defectos, Desperdicios

Laser:

Materiales, ZAC, Defectos




Puede realizar piezas

complejas con una

programacin sencilla:

Geometras 2D y 3D

Puede utilizar un utillaje Rpido:

Amarre sencillo

No utiliza herramientas:

Muy bajas fuerzas

laterales. Puede

mecanizar Paredes Delgadas (0,5mm)

No produce apenas

desperdicios, ni necesita

lubricantes o refrigerantes:

Proceso ecolgico

Para cualquier tipo de

material, sin dao trmico:

Corte de plancha de acero de 50mm de

espesor a 50C




BAJAS TOLERANCIAS MNIMASEn torno a 30m(Fuertemente dependiente del espesor de pieza, dureza del material, geometra de pieza, etc.)

BAJA ANCHURA DEL CANAL GENERADOValores mnimos en torno a 0,5mmA mayor potencia de mquina, mayor anchura de canal

VELOCIDAD DE CORTEFuncin del material: fragilidad y durezaP.e.: una pieza que tardara 1min en acero, espesor 3mm, puedenecesitar 30min en espesor 50mm, y20h en espesor 250mm!Funcin de la geometra de pieza




Materiales procesables por PWJM:GomaMadera blanda o de poco espesorAlfombrasPoliestireno




Materiales procesables por PWJM:ComidaIndustria Alimentaria




Materiales procesables por AWJM:Aceros de todo tipo

Aleaciones aeronuticasNylonGrafitoCobre, bronceMadera dura o de gran espesor




En forma de V: La parte superior del corte es ms ancha que la parte inferior. Ocurre cuando el chorro permanece demasiado tiempo en una zona, erosionando la parte superior.

En forma de V invertida: La parte inferior del corte es ms ancha que la parte superior. Ocurre cuando la boquilla est demasiado lejos.

En forma de barril: Es donde el centro es ms ancha que la parte superior o inferior. cono del barril tiende a ocurrir en materiales muy gruesos.

Romboidal o cono Trapezoidal: es en realidad la forma cnica normal en forma de V que se ha inclinado por la boquilla.




ALUMINIO

TITANIO

COMPUESTOS FC




Arranque no Mecnico


ArranqueCombinado







Abrasivos

Herramientas

RECTIFICADO

PULIDO

ACABADO


Mecanizado Asistido




RECTIFICADO

El Rectificado es un Proceso de Arranque deMaterial realizado mediante el uso departculas abrasivas muy duras y tenaces.(Partculas Cermicas )

PROCESO DEECTIFICADOSe origina un proceso deAbrasin/Deformacin del Material el cualse realiza con herramientas de corte de filoindefinido o multifilos




RECTIFICADO




MUELAS




Adhesin Directa Adhesin Indirecta




RECTIFICADO

https://www.youtube.com/watch?v=SAMZAQUJQU0 https://www.youtube.com/watch?v=Kw2ijVabEjE




Arranque no Mecnico


ArranqueCombinado







Abrasivos

Herramientas

RECTIFICADO

PULIDO

ACABADO


Mecanizado Asistido




MECANIZADO ULTRASNICO

https://www.youtube.com/watch?v=Z4_7vsubXA0 https://www.youtube.com/watch?v=zxu9DpzazgY




High Speed Machining: HSM

https://www.youtube.com/watch?v=8I3diD1lpho https://www.youtube.com/watch?v=TqokK03BJsM

4.6 Procesos No Convencionales de Mecanizado_v2

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