Embed Size (px)
Citation preview
PROCESOS AVANZADOS DE MAQUINADO Y
NANOFABRICACIÓN
Jaqueline BorquezAndrea Islas
Natalia LizárragaLluvia Olguín
Darinka Salinovich
INTRODUCCIÓNLos procesos de maquinado descritos anteriormente quitan material formando virutas o absorción o microdespastillado, donde hay casos que estos procesos no son satisfactorios por las siguientes razones:
•La dureza y resistencia del material es muy alta o el material es demasiado frágil.
•La pieza es demasiado flexible, esbelta o delicada como para resistir las fuerzas de corte o de abrasión.
•El aumento de temperatura y los esfuerzos residuales en la pieza no son deseables ni aceptables.
Ejemplo de partes hechas con procesos avanzados de maquinado
a) Corte de lámina con un rayo láser.
b) Engranaje microscópico con diámetro del orden de 100 p.m. hecho con un proceso especial de ataque.
Maquinado QuímicoEl maquinado químico se desarrolló con base en la observación que algunas sustancias atacan a los metales y los corroen, quitando pequeñas cantidades de material de la superficie.
El maquinado químico es el más antiguo de los procesos no tradicionales y se ha usando para grabar metales y piedras y muy recientemente en la producción de tarjetas de circuito impreso y chips de microprocesadores.
Fresado QuímicoSe producen cavidades someras (que tiene muy poca profundidad o se halla muy cerca de la superficie) sobre placas, láminas, piezas forjadas y extrusiones, en general para reducir el peso total.
El ataque selectivo del reactivo químico sobre diferentes áreas de las superficies de la pieza se controla mediante capas removibles de material, en lo que se llama enmascaramiento o por inmersión parcial en el reactivo.
Troquelado (blanking) químico de material en bruto
El troquelado químico del material en bruto se parece al recorte de la lámina que se va a usar como pieza bruta para obtener piezas en que se penetra pero el material se elimina por disolución química y no por cizallamiento.
Troquelado Fotoquímico
También llamado fotograbado o maquinado fotoquímico, consiste en la eliminación de material de una lámina delgada y plana mediante técnicas fotográficas.
Se basa en corroer al metal por disolución química con la ayuda de sustancias ( soluciones ácidas para aceros o alcalinas para el aluminio); quitando así pequeñas cantidades de material de la superficie.
Troquelado Fotoquímico
Se pueden troquelar piezas complicadas y sin rebabas, incluso de piezas de tan solo .0025 mm.
Se puede utilizar para grabar
Los costos de herramienta son bajos, el proceso se puede automatizar y es económico para volúmenes medianos a altos de producción.
El inconveniente principal son los desechos de los subproductos químicos.
Aplicaciones
Pantallas FinasLaminaciones de motores eléctricosMuelles PlanosEn la industria aeroespacial para eliminar
capas superficiales de material en partes grandes de aviones o cubiertas de misiles.
Fabricación de dispositivos microelectrónicos◦Tarjetas de circuito impreso◦Chips de microprocesadores
Maquinado Electroquímico
El principio de funcionamiento de esta técnica es el de electrodeposición invertida.
El maquinado electroquímico se utiliza en la industria aeroespacial, para la producción en masa de álabes de turbinas y partes de motor de reacción y toberas.
Tiene las ventajas de no causar daños térmicos en la pieza, no produce desgaste de herramienta, y puede producir formas complicadas con cavidades profundas en materiales duros; sin rebabas.
Como desventaja, este método posee herramientas y equipos costosos y consume mucha energía..
Maquinado Electroquímico
Un electrolito (sal inorgánica muy conductora) funciona como portador de corriente y la gran rapidez de movimiento del electrolito en el espacio entre la herramienta y la pieza, arrastra y retira los iones metálicos de la pieza (ánodo) antes de que tengan oportunidad de depositarse sobre la herramienta (cátodo).
Maquinado Electroquímico Pulsado (MEQP)
Es un refinamiento del maquinado electroquímico
Usa densidades de corriente muy altas, corriente pulsada y no directa.
Se elimina la necesidad de grandes flujos de electrolito, sin limitar la utilidad en la producción de matrices y moldes.
MEQP
Ventajas◦ Mejora la duración por
fatiga ◦ Método Propuesto
para eliminar la capa de refundición que queda en las superficies de las matrices y moldes.
◦ Útil en el micromaquinado (para procesos de gran precisión).
Desventajas◦ Es difícil mantener una
alineación precisa de la herramienta y la pieza, al cambiar de ME a MEQP .
◦ Se requirió elaborar una maquinada con y sin pulsado para el cambio.
◦ Deja residuos metálicos
◦ Erosión
Rectificado ElectroquímicoEn el rectifícado electroquímo se combina
el maquinado electoquímico con el rectificado normal. Es parecido a una rectificadora convencional, pero la piedra es un cátodo giratorio embobinado en partículas abrasivas.
La piedra tiene abraciones de diamante aglomerado con metal y de oxido de alunio.
Gira a una velocidad superficial de 1200 a 2000 m/min.
Abrasivos:1) Sirve como aislante entre la piedra y la
pieza.2) Quitar mecánicamente los productos de
la electrolisis en el área de trabajo.La densidad de corriente va de 1 a 3
A/mm²
Video de Rectificado Electroquímico
El rectificado electroquímico es adecuado en aplicaciones parecidas a:
FresadoRectificadoAserradoEste proceso se a aplicado a:Carburos y aleaciones de alta resistencia
Consideraciones de diseño para el rectificado electroquímico.
Se deben evitar los radios interiores pequeños.
Si se debe producir superficies planas, la superficie rectificada debe ser mas angosta que el ancho de la piedra abrasiva.
Maquinado con descarga eléctrica
(Electroerosionadora de penetración)
El principio de maquinado con descarga eléctrica( EDM, Electrical-Discarge machining). Es basada en la erocion de los metales mediante chispas de descargas electricas
Principio de operación:EL sistema EDM básico consiste en una herramienta de formado y la pieza conectadas a una fuente de poder dc y colocadas en un fluido dielectico. Cuando la diferencia de potencia entra las herramientas y la pieza es suficientemente alta, se descarga una chispa transitoria que atraviesa el fluido y quita una contidad muy pequiña de metal.
La descarga del capacitor se repite a fracuencias entre 50 y 500 KHz.
Con un voltaje que varia de 50 a 380 V.Y corriente de 0.1 a 500 A.
Video de Electroerosionadora de penetración
Función del fluido dieléctrico:Actuar como aislante hasta que el
potencial llegue al valor suficiente.Actuar como medio de lavado y retirar los
desechosMedio de enfriamiento
Posibilidad de proceso:Produccion de cavidades de matrices para
componentes grandes de carrocería de automovil.
Orificios profundos de diámetro pequeño.Ranuras angostas.Paletas de turbinas.
Consideraciones de diseño para el maquinado con descarga electica:
Se deben diseñar las partes de tal manera que los electrodos requeridos se puedan formar adecuada y económicamente.
Evitar ranuras profundas y aberturas angostas.
El acabado superficial no debe ser muy fino.Metodos convancinales (cortes de desbaste)
Maquinado con descarga eléctrica y alambre
(Electroerosionadora de hilo)En este proceso, que se parece al calado
con una cierra de cinta, un alambre que se mueve con lentitud describe una trayectoria predeterminada y corta la pieza. Las chispas que descarga funcionan como dientes de corte.
Este proceso utiliza para cortar:Placas hasta de 300mmEl alambre suele ser de latón, cobre o tungstenoSe utilizan recubiertos de zinc, latón y de varias
capasEl diámetro del alambre es de .30mm para corte
de desbaste y se .20mm para cortes de acabado
Se mueve el alambre a una velocidad constante de .15 a 9m/min.
Video de Electroerosionadora de hilo
La velocidad de corte se suele expresar en área transversal cortada por unidad de tiempo:
18000mm²/h para acero de herramientas D2 de 50mm de espesor.
45000mm²/h para aluminio de 150mm de espesor.
Se traduce en velocidad lineal de corte 18000/50= 360mm/h= 6mm/min
Las maquinas de electroerosión de alambre modernas tienen las sig. características:
Controles computarizados para regular la trayectoria de corte del alambre.
Varios cabezales para cortar varias piezas a la vez
Funciones de control para evitar la ruptura del alambre
Estrategias programadas de maquinado para optimizar el funcionamiento
Costo aroximado de 150000 a 300000 dolares.
MAQUINADO CON RAYO LÁSERLa fuente de energía es un láser, que
concentra energía luminosa sobre la superficie de la pieza.
Se usa para maquinardiversos materiales metálicos y no metálicos.
Diferentes tipos de láser dependiendo del material y la operación.
Pueden usar combinados una corriente de gas como oxígeno, nitrógeno o argón.
Posibilidades del proceso:
Taladrar y cortar metales, materiales no metálicos, cerámicas y materiales compuestos.
Se usa cada vez más en las industrias electrónica y automotriz.
También se usan para:◦Soldar◦Tratamiento térmico ◦Marcar partes, con letras,
números, claves, etc.
Consideraciones del diseño:La reflectividad de la superficie de la
pieza.Evitar diseños con esquinas agudas,
porque es difícil producirlas.Investigar todos los efectos adversos
causados por las altas temperaturas.
MAQUINADO CON HAZ DE ELECTRONES Y CORTE CON ARCO DE PLASMA
La fuente de energía en el maquinado con haz de electrones está formada por electrones de alta energía que chocan con la superficie de la pieza y generan calor
Requiere vacío, por lo que el tamaño de la pieza está limitado por el de la cámara de vacío.
Se puede usar para cortes muy exactos en una gran variedad de metales.
En el corte con arco de plasma se usan chorros de plasma para cortar con rapidez láminas y placas de metales ferrosos y no ferrosos
Las temperaturas generadas son muy altas
Hoy en día esta muy automatizado y usa controladores programables.
Consideraciones de diseño:
Como las cámaras de vacío tienen capacidad limitada, los tamaños de pieza deben coincidir con los de la cámara para obtener una gran capacidad de producción por ciclo.
Si una pieza requiere maquinado con haz de electrones en una pequeña parte, se de considerar su manufactura en forma de varios componentes pequeños.
MAQUINADO CON CHORRO DE AGUALlamado también maquinado hidrodinámico.El chorro de agua funciona con una sierra y corta
una ranura angosta en el material.Se pueden cortar diversos
materiales como: -plásticos-telas- hule-madera-papel- cuero.
Se usa en la industria de alimentos
Ventajas:◦Se pueden iniciar los cortes en cualquier lugar◦No produce calor◦No se producen flexiones en el resto de la pieza◦Se humedece poco la pieza◦Las rebabas producidas son mínimas.◦Es un proceso de manufactura seguro para el
ambiente.
Maquinado con chorro de agua y abrasivos
El chorro de agua contiene partículas abrasivas, como el carburo de silicio o el óxido de aluminio, que aumenta la remoción del material.
Se pueden cortar materiales metálicos, no metálicos y compuestos de distintos espesores de una o varias capas.
El proceso es adecuado para los materiales sensibles al calor que no se pueden maquinar con los procesos que generan calor.
MAQUINADO CON CHORRO ABRASIVO
Se dirige un chorro de alta velocidad de aire seco (nitrógeno o dióxido de carbono con partículas abrasivas) hacia la superficie de la pieza, bajo condiciones controladas.
La velocidad del chorro abrasivo puede llegar hasta 300 m/s y se controla con una
válvula.
El impacto de las partículas desarrolla una fuerza como para efectuar las siguientes operaciones:◦Cortar pequeños orificios◦Recortar y biselar◦Quitar óxidos◦Limpieza general de componentes con
superficies irregulares
NANOFABRICACIÓNImplica la generación y manipulación de
estructuras con dimensiones características menores de 40 nano pulgadas.
APLICACIONES:◦Electrónica◦Dosificación de medicamentos◦Sensores◦Sistemas de diagnóstico médico
Ejemplo:Se ha estimado que si 1 bit de información se pudiera guardar en 100 átomos, entonces todos los libros que se han escrito a la fecha se podrían guardar en un CUBO DE 0.5 mm.
El obstáculo mayor a la nanofabricación ha sido la posibilidad limitada de sus procesos.
MICROMAQUINADOUn área importante de la investigación
continua es el desarrollo de los sistemas micromecánicos, en los que las dimensiones características de los componentes son del orden de micrómetros.
◦ Microactuadores electromagnéticos de las unidades del disco duro
◦ Microcardanes◦ Microfuelles◦ Sensores y dispositivos de sensor.
