Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila
AMPLIACIÓN Ó DE MECANIZADO NO CONVENCIONAL 1. Ampliación de mecanizado por laser 2. Ampliación de mecanizado electrolítico 3. Ampliación de mecanizado químico 4. Otros procesos no convencionales de mecanizado 5. Generalidades sobre mecanizado no convencional
BIBLIOGRAFIA 1.
Fundamentals of Modern Manufacturing. M. P. Groover. Prentice Hall, 1996
2.
Metals Handbook, 9th edition, Vol. 16, Machining. ASM International, 1989
Técnicas Avanzadas de Mecanizado y Medida (Ingeniería Industrial / Ingeniería de Fabricación)
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MECANIZADO POR LASER
• Numerosas longitudes de onda • Incoherente • Radiación en todas direcciones
Generado or: Compo onentes
Luz laser : Herramienta de mecanizado
• Monocromática • Coherente • Unidireccional • Fácil de transportar
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MECANIZADO POR LASER
Capacidades y limitaciones • Agujeros de 0 0,025 025 mm de diámetro • Daño térmico poco profundo • Cortar: e < 20 mm • Todos los materiales (absorción) • Peligro / luz invisible de alta energía: cubrir el rayo • Bajo rendimiento energético (~10%): refrigeración, funcionamiento a impulsos, desajustes
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LASERES PARA MECANIZADO • De estado sólido: Granate de yytrio y aluminio, dopado con iterbio: Yb-YAG - 1,06 m (infrarrojo) - 20 w a 16 Kw - Refrigeración - De disco - De fibra
• De CO2 - 10,6 m (infrarrojo) - Hasta 200 Kw - Refrigeración - Slab - Ventilación forzada
Trumpf Laser Rofin Laser IPG Photonics Ewag g Laser
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FACTORES IMPORTANTES EN EL MECANIZADO POR LASER • Focalización: - lentes de vidrio para YAG - especiales para CO2 (selenuro de zinc/arsenuro de galio) • Chorro coaxial de gas: - Arrastre de viruta y refrigeración - Protección: P t ió Ar, A N N, H He - Oxidación, aporte de calor: aire, CO2, O2 • Calidad del rayo y (TEM…) ( ) • Absorción: - Pieza: índice de refracción, rugosidad, recubrimiento temperatura superficial recubrimiento, - Laser: longitud de onda, polarización, longitud del foco, calidad del rayo, intensidad luminosa - Pieza Pieza-Laser: Laser: ángulo de incidencia
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FACTORES IMPORTANTES EN EL MECANIZADO POR LASER Calidad del rayo
Diámetro y profundidad del foco
Traverse Electric Mode (TEM)
TEM 00
TEM 01
Multimodo
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FACTORES IMPORTANTES EN EL MECANIZADO POR LASER
Beam Quality Factor, M2 Beam Parameter Product, BPP
BPP
2w0
Coherent inc.
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MÁQUINAS Á PARA EL MECANIZADO POR LASER
Transporte del rayo CO2 : Espejos de cobre y de cobre-oro y conductos extensibles de protección YAG : Fibra óptica
¡Seguridad! S id d! Técnicas Avanzadas de Mecanizado y Medida (Ingeniería Industrial / Ingeniería de Fabricación)
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MECANIZADO QUÍMICO 1. Variantes del proceso y aplicaciones (i-v) 2. Agentes químicos y velocidades de mecanizado 3. Integridad superficial (i-ii)
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MECANIZADO QUÍMICO QUÍMICO. Variantes del proceso y aplicaciones i SEGÚN EL ENMASCARADO
SEGÚN EL TIPO DE PIEZA Y OPERACIÓN
1.
Recortar y despegar
1.
Fresado químico
2.
Con red y pantalla
2.
Punzonado químico
3.
Fotoquímico
3.
Grabado químico
4.
Mecanizado fotoquímico
RECORTAR Y DESPEGAR (“CUT AND PEEL”)
1. Recubrimiento de toda la superficie • Inmersión, pintado, rociado 2 Endurecimiento 2.
Piezas grandes grandes, lotes pequeños
3. Recortar y despegar manualmente (plantillas)
Tolerancias > 0,125 mm
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MECANIZADO QUÍMICO. QUÍMICO Variantes del proceso y aplicaciones ii
FRESADO QUÍMICO Paneles de aviones: oquedades q p para reducción de p peso Daño superficial muy pequeño Enmascarado: recortar y despegar
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MECANIZADO QUÍMICO. Variantes del proceso y aplicaciones iii
CON PANTALLA (“SCREEN RESIST”) 1. Pantalla: Red de acero inoxidable o seda + patrón no-pieza 2. Recubrimiento por pintado 3 Separación de la pantalla 3. 4. Endurecimiento Tamaños de pieza y lote medios Tolerancias: ±0,075 mm
GRABADO QUÍMICO En relieve y en bajorelieve Sin daño superficial Rellenado: recubrimiento de resalte de la zona atacada
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MECANIZADO QUÍMICO. Variantes del proceso y aplicaciones iv
PUNZONADO QUÍMICO
• Corte de chapas muy delgadas (0,025 a 1 mm)
Enmascarado
• Geometrías muy complejas
• Piezas muy pequeñas y/o geometrías complejas: método fotográfico
• Sin rebabas • Dificultad de coincidencia de ambas caras • Materiales frágiles o endurecidos
• Método de red y patrón
Tolerancias: 0,0025 mm en espesores de 0 0,025 025 mm (método fotográfico)
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MECANIZADO QUÍMICO. QUÍMICO Variantes del proceso y aplicaciones v
MECANIZADO FOTOQUÍMICO
Dibujo ampliado de la pieza
Fotografías del dibujo-pza
http://conardcorp.com/favicon.ico The CONARD Corp.
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MECANIZADO QUÍMICO. QUÍMICO Agentes A t químicos í i y velocidades l id d de d mecanizado i d Selección del agente • Material de pieza • Profundidad de ataque (0,01-12 mm) • Caudal de viruta • Acabado superficial • Material de máscara
u
d Técnicas Avanzadas de Mecanizado y Medida (Ingeniería Industrial / Ingeniería de Fabricación)
Fe
u d
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MECANIZADO QUÍMICO. Í Integridad superficial i
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MECANIZADO QUÍMICO. Í Integridad superficial ii
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MECANIZADO ELECTROQUÍMICO Í Velocidad de avance Vf
Caudal de viruta Leyes de Faraday
Qw CI
Z w CI A A
Ley y de Ohm:
C : caudal específico de viruta • peso atómico • valencia • densidad
E IR
Con g : holgura r : resistividad
R gr A
g
I : intensidad de corriente
Vf
A
CE gr g
E - cortocircuitos
Rendimiento del 90 al 100%
g : 0,075-0,75 , , mm
Flujo Fl j • viruta • calor • hidrógeno hid ó
control importante Velocidad Fuerza
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MECANIZADO ELECTROQUÍMICO Í
Propiedades relativas de materiales para herramienta (electrodo)
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RECTIFICADO ELECTROQUÍMICO Í ECG Electrochemical grinding Herramienta: muela de aglomerante conductor • Aglomerante metálico: diamante • Resina con partículas metálicas: óxido de aluminio Los granos activos… • Definen la holgura • Eliminan sales metálicas Caudal de viruta: 95% electrolisis, 5% rectificado
Ventajas y Aplicaciones Bajo desgaste de muela, pocos reavivados Sin fuerzas de corte ni temperaturas importantes Rectificado de piezas delicadas o frágiles •
Tubos de pared estrecha (ej.: agujas hipodérmicas)
•
Afil d de Afilado d h herramientas i t d de metal t ld duro
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REBABADO ELECTROQUÍMICO Í ECD Electrochemical deburring Geometría de la herramienta focalización de la disolución anódica Operación rápida
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MECANIZADO POR HAZ DE ELECTRONES EBM Electron beam machining Velocidad: ¾ luz Foco de 0,025 mm E vacio En i / colisiones li i con llas moléculas lé l d dell aire i
Alta precisión, micromecanizado 0,05 mm L > 100
•
Agujeros de
•
Ranuras de 0,025 mm
•
Corte de piezas de espesor, 0,25 a 6 mm
Sin fuerzas de corte ni desgaste de hta. Elevado consumo, equipo costoso
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CORTE POR PLASMA PAC Plasma arc cutting g Corte por arco eléctrico 10.000 a 14.000ºC Boquilla refrigerada por agua Corte de espesores metálicos de hasta 150 mm Gas (plasma): Nitrógeno, Argon-hidrógeno, mezclas Gas secundario: confinar el arco y arrastrar metal fundido Materiales (conductores): •
Aceros comunes, acero inoxidable, aluminio
Alta productividad, pobre acabado y elevado daño superficial Operación manual o bajo C.N.
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MECANIZADO POR CHORRO ABRASIVO AJM Abrasive jet machining Operación manual Aplicaciones: •
Operaciones de acabado: desbarbado desbarbado, limpieza, limpieza pulido
•
Corte de piezas planas y delgadas…
de materiales duros y frágiles (vidrio, silicio, mica, cerámicas)
Gas: aire seco, nitrógeno, dióxido de carbono, helio Abrasivo: •
Óxido de aluminio:
aluminio, latón
Boquillas: 0,0751 mm
•
Carburo de silicio:
acero inoxidable, cerámicas
Presión: 0,21,4 MPa
•
Bolitas de vidrio:
operaciones de pulido
Velocidad: 2,55 m/s
•
Tamaño de grano:
15 a 40 m y uniforme
No reciclable
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OXICORTE OFC Oxifuel cutting g Combustión + Oxidación Materiales ferrosos y no ferrosos No ferrosos •
Mayor importancia de la combustión
•
Uso de fundentes
Combustibles: acetileno y otros Operaciones manuales de mínima precisión: reparaciones, corte de chatarra, etc. Operaciones a máquina y por C.N.: corte de chapas
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MECANIZADO NO CONVENCIONAL. GENERALIDADES • Caudales de viruta bajos y energías específicas elevadas • Gran número de procesos muy diferentes entre sí
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MECANIZADO NO CONVENCIONAL.APLICACIONES Métodos convencionales no viables o no económicos Necesidad de mecani mecanizar... ar · geometrías difíciles · nuevos materiales · sin daño superficial (algunos procesos) Geometrías difíciles ECM EDM ECM,
Micromecanizado: WEDM, PCM, LBM, EBM a) Agujeros de diámetro inferior a 0,125 mm
ECM, EDM
EBM, LBM
b) Agujeros profundos c) Agujeros no redondos d) Cortes de ranuras estrechas y/o complejas e) Cajeras poco profundas y detalles superficiales f) Moldes y matrices
USM, CHM
EDM, ECM
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WEDM, LBM
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MECANIZADO NO CONVENCIONAL Y MATERIALES DE PIEZA
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