1º Curso de Soldadura y Calderería Trazado Corte y Conformado Apuntes de “Mecanizado por abrasión”
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Mecanizado por abrasión EL AMOLADO Introduccion El amolado es una operación de mecanizado por abrasión, es decir, se realiza arrancando pequeñísimas virutas de material mediante muelas abrasivas Los principales trabajos por abrasión practicados en las Construcciones Metálicas (Calderería) son: Afilado de las herramientas propias de las Construcciones Metálicas. Limpieza de rebabas e irregularidades de las uniones soldadas. Tronzado de llantas, pletinas, perfiles, tubos, Los elementos necesarios para realizar estos trabajos son: Muelas abrasivas (herramienta de la electroesmeriladora). Máquinas electroesmeriladoras (fijas o de pie y portátiles). Tronzadoras por abrasión (máquinas de corte). Electroesmeriladora Es una máquina-herramienta que trabaja los metales por abrasión. El mecanizado por abrasión consiste en el arranque de pequeñas partículas de material; proyectando o frotando sobre éste unos productos llamados abrasivos, cuyos diminutos cristales de agudas aristas actúan como elementos cortantes. Las partículas arrancadas son de forma irregular y de tamaño pequeñísimo, del orden de 0,001 milímetro y menos. No obstante, como son muchos los cristales abrasivos que trabajan a la vez, se logra arrancar una considerable cantidad de material. Generalmente, los abrasivos se emplean en la industria de alguna de las siguientes maneras: En forma de muelas giratorias montadas en máquinas apropiadas, como las citadas anteriormente. En forma de prismas de piedra para usar a mano. Fuertemente adheridos a un soporte de tela o papel, constituyendo la lija, de todos conocida. Se utiliza a mano o en máquinas. En polvo que se proyecta con aire a presión contra las piezas o se frota con ellas 1. MUELAS ABRASIVAS 1.1. Descripción Las que se montan en las electroesmeriladoras tienen casi siempre forma de disco, de diámetro comprendido entre 150 y 400 milímetros y de espesor entre 15 y 60 milímetros. Están constituidas por dos elementos: El abrasivo o parte cortante formado por granos de materias muy duras, capaces de arrancar virutas de otros materiales, merced a las aristas vivas que poseen. El aglomerante, que es una especie de cemento que une los granos de abrasivo y da forma a la muela. 1.2. Modo de acción de las muelas Las muelas están constituidas por una gran cantidad de pequeños granos de abrasivo muy duros, íntimamente ligados por medio de un aglomerante. La muela, al girar a gran velocidad (las muelas ordinarias trabajan. entre 25 a 33 m/s de velocidad tangencial), cada uno de sus Prof.: Ignacio Escudero
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granos abrasivos se comporta como un pequeño diente de fresa (fig.) arrancará una pequeña virutilla de algunas milésimas de espesor. Cuando, a consecuencia del continuado trabajo, las aristas cortantes se desgastan, los granos se fraccionan o se desprenden del aglomerante mezclándose con las partículas del metal arrancado, dando lugar a la aparición nuevos granos con sus aristas vivas como si estuviesen recién afiladas (fig.).
1.3. Clasificación de las muelas Constituyen dos grandes grupos: Muelas naturales Muelas artificiales. 1.3.1. Muelas naturales Son piedras naturales talladas en forma de rueda. Están compuestas por abrasivos como el sílice, la arena o el asperón y su aglomerante suele ser materias silíceas. Se emplean, sobre todo, para el afilado de herramientas cortantes, como útiles para trabajar la madera, cuchillos, tijeras, etc. Rara vez son utilizadas en la industria mecánica. Trabajan casi siempre sumergidas en agua, por lo que son conocidas también como muelas al agua. 1.3.2. Muelas artificiales En su construcción se emplean abrasivos y aglomerantes casi siempre artificiales, aunque también pueden ser naturales. Tanto su composición, como la forma y tamaño, dependen del trabajo a que se destinen, que es siempre muy variado. 1.4. Características de las muelas Las propiedades de una muela están determinadas por las siguientes características: Clase de abrasivo. Grano o tamaño del abrasivo. Grado de dureza de las muelas o fuerza con que el grano es retenido por el aglomerante. Estructura o disposición más o menos espaciada de los granos. Clase de aglomerante. La simbología que se va a utilizar para definir las características de las muelas responde a la nomenclatura Norton, que es sin duda, la más clara -y más adoptada en la industria. 1.4.1. Abrasivo Puede ser natural o artificial. Entre los naturales se pueden citar como más importantes: Cuarzo: (de dureza Mohs 7). Esmeril: (de dureza Mohs 7,6). Corindón: (de dureza 9 y símbolo K). Diamante: (de dureza 10 y símbolo D). Como se puede comprobar en el cuadro anterior el "cuarzo" y "esmeril" son muy blandos y se emplean muy poco para la construcción de muelas abrasivas, así como el "corindón natural' posee o tiene el inconveniente de no poseer una dureza homogénea, siendo el "diamante" el abrasivo ideal, pero que encuentra su limitación en su elevado coste. Los artificiales más utilizados son: Corindón artificia (alundum)l: (de dureza 9 y símboloA). Prof.: Ignacio Escudero
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Carburo silceo (carborundum o cristolón): (de dureza 9,2 y símbolo C). Carburo de boro: (de dureza 9,4 y símbolo N). Criterio general de elección. La elección del abrasivo dependerá del material que se haya de esmerilar, según la siguiente regla: MATERIAL DURO MATERIAL BLANDO
ABRASIVO DURO ABRASIVO BLANDO
El alundum o electrocorindón se emplea para: Aceros al carbono Aceros rápidos. El carborundum para: Fundición Latón Aluminio Afilado de las herramientas de carburo metálico. 1.4.2. Grano El tamaño del abrasivo se indica por un número comprendido entre 4 y 600, que corresponde al número de mallas por pulgada que tiene el tamiz por el que pasa al ser cribado. Por tanto, cuanto mayor es el número, menor es el grano. Tamaño Muy basto Basto Medio Fino Muy fino Extrafino
Número de mallas 4-10 12-24 30-60 70-120 150-240 280-600 Criterio general de -eleccion
DESBASTADO
GRANO BASTO
AFINADO
A MAYOR DUREZA DEL MATERIAL
GRANO FINO
MENOR TAMAÑO DEL GRANO
1.4.3. Grado Indica la dureza de la muela; pero no la del abrasivo, sino la capacidad del aglomerante para retener el grano. Se representa mediante una letra de la E a la Z, que indica, de menor a mayor, el grado de cohesión de los granos. El grado de dureza depende, principalmente, de la mayor o menor proporción de aglomerante con relación a una determinada cantidad de abrasivo, si entra menos proporción de aglomerante el grano está más débilmente retenido que si el aglomerante entra
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Grado de dureza Muy blando Blando Mediano Duro Muy duro
MATERIAL DURO
Letras EFG HIJK LMNO PQRS TUWZ
Criterio general de elección MATERIAL BLANDO
MUELA BLANDA
MUELA DURA
1.4.4. Estructura Señala el espacio o separación que hay entre los granos. Se expresa por un número comprendido entre 0 y 12, aumentando la separación a medida que aumenta el número. Así, se puede decir (fig.):
Cuando la separación es grande, la estructura es abierta; Cuando el espacio es pequeño, la estructura es cerrada. Estructura Número Granos muy juntos 0-1-2-3 Granos no muy separados 4-5-6 Granos muy separados 7-8-9-10-11-12 Criterio general de eleccion DESBASTADO
ESTRUCTURA ABIERTA
AFINADO
ESTRUCTURA CERRADA
1.4.5. Aglomerante Es el que une los granos y determina la resistencia a la rotura de la muela. Los más usados son: Cerámicos (vitrificados).- Las muelas resultan porosas, frágiles y producen bastante calor. Silicatos.- Para muelas blandas, poco porosas. Calientan poco las piezas. Elásticos (goma, caucho, baquelita).- Las muelas pueden ser muy delgadas. No comunican calor, resisten bien el choque y admiten elevadas velocidades. Naturaleza del aglomerante Vitrificado Vitrificado B y derivados Silicatos Baquelita y derivados Caucho Goma laca y derivados Prof.: Ignacio Escudero
Símbolos Ninguno B BE - BA S T2 T2H R L-V
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Las características de las-muelas vienen impresas fabricante en los papeles amortiguadores, adheridos laterales. Cabe destacar como muy importantes, de las anteriores, la del número de revoluciones por que debe girar como máximo cada muela y las dimensiones: diámetro y espesor de la muela y diámetro del orificio. 1.4.6
Características
de
forma
por el en sus además minuto a
y
dimensiones Muela cilíndrica (fig.a), de gran anchura, se utiliza para rectificado de piezas cilíndricas, trabaja por la periferia Muela plana (fig.b), con anchos ordinariamente comprendidos entre 20 a 100, mm, se utilizan para el mecanizado de superficies cilíndricas, cónicas o planas. Muela de disco (fig.c), sus espesores suelen ser de 2 a 6 mm, se utilizan para tronzar y construcción o rectificado de ranuras diversas, pudiendo ser en este caso muelas de disco con perfil angular (fig.h) o de perfil circular Muelas de plato (fig.d), vaso (fig.e) y taza (fig.f), se utilizan preferentemente, para el afilado se herramientas (fresas, escariadores, cte.); estas muelas trabajan siempre por la cara frontal; son muy débiles y por lo tanto han de ser manejadas con un cuidado especial Muelas frontales vaciadas (fig g), trabaja por la cara frontal preferentemente es muy utilizada en el alado de herramientas simples 2. ELECTROESMERILADORA 2.1. Descripción Es una máquina muy sencilla que, esencialmente, consta de (fig 4.): Un motor eléctrico, cuyo eje, de acero al cromo, sobresale por ambos lados, en donde se montan las muelas abrasivas, que suelen ser: una basta, de grano grueso, para desbastar, y otra fina, de grano fino, para el acabado de las piezas: En el propio motor eléctrico van acoplados: Dos carcasas de fundición o de chapa de acero para protección de seguridad; Dos pantallas de cristal para evitar proyecciones de partículas al operario; Dos soportes de apoyo para las piezas que se han de trabajar. Una columna de fundición, robusta y de ancha base, para asegurar el buen funcionamiento sin vibraciones. Sobre ella va el motor, acoplado rígidamente con tornillos. En este caso se llaman electro-esmeriladoras de columna. Suelen tener hecho, en la propia fundición de la columna, un pequeño depósito para contener agua, para el enfriamiento de las piezas.
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La electroesmeriladora fija o de pié no es una máquina de precisión, y por lo tanto, solo se emplea para trabajos de fácil ejecución manual, tales como afilado de cinceles (cortafríos), de brocas, rebabado o mecanizado de piezas propias de la especialidad, ... Las electroesmeriladoras de mesa (fig.Izq.) se montan en el banco de trabajo o un soporte hecho al efecto. Las electroesmeriladoras portátiles (abajo) son máquinas de fácil manejo y muy utilizadas en las Construcciones Metálicas, dada su versatilidad son muy prácticas para el repasado de soldaduras desbarbado, etc, en piezas cuyo manejo resulta imposible o muy dificultoso por su peso y volumen.
2.2. Características técnicas La electroesmeriladora se caracteriza principalmente por: Diámetro máximo de las muelas. Diámetro del eje portamuelas. Número de revoluciones por minuto Potencia del motor en C.V. 2.3. Aplicaciones Utilizamos la electroesmeriladora para: El afilado a mano de herramientas, brocas, puntas de trazar, cinceles, granetes, etc. El rebajado tosco de algunas piezas templadas o que no exigen ninguna precisión; El desbarbado de piezas de fundición o de soldadura 3. TRABAJO EN LA ELECTROESMERILADORA 3.1. Montaje de las muelas Es una operación muy importante que se debe realizar con el mayor cuidado, ya que de ello depende no sólo la rotura de la muela y de la pieza que se trabaja, sino, también, hasta la propia vida del operario o de los que están cerca de la máquina. Deben tenerse en cuenta las siguientes instrucciones: Antes de montar la muela, ha de ser cuidadosamente inspeccionada. Para ello se golpea ligeramente con un mazo de madera para escuchar su sonido. En el caso de un sonido característico de «cascada» debe rechazarse, pues es señal de estar rajada. Asegurarse de que la velocidad de rotación de la muela corresponde con las revoluciones de la máquina. Una vez comprobada, se monta la muela en el eje, en el que debe entrar ligeramente holgada, entre dos platillos del mismo diámetro, colocando entre éstos y la muela unos discos de papel secante, cuero o caucho, con los que se consigue repartir y amortiguar mejor la presión y asegurar una gran superficie de contacto.
La figura muestra la forma de montaje -de las muelas abrasivas. La muela (a) va sujeta por los platillos (b), interponiendo entre ambos unas arandelas de cartón (c). El aprieto debe hacerse con cuidado, procurando que la presión no sea excesiva.
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Para evitar que la muela se afloje, el eje lleva en su lado derecho una rosca a derechas, y en el lado izquierdo una rosca a izquierdas. De este modo, el giro mismo de la muela tiende a apretar las tuercas. Con el fin de facilitar el aprieto o aflojamiento, el eje de la máquina tiene, en uno de sus extremos, normalmente, dos caras planas para ajustar una llave, mientras con otra se aprieta o se afloja la tuerca que interesa. 3.2. Normas de empleo Como el trabajo en la electroesmeriladora, en general, se realiza sujetando la pieza con la mano y, por otro lado, como la muela es una herramienta frágil que requiere ciertos cuidados, es conveniente tener en cuenta las siguientes precauciones: Emplear con preferencia la periferia de la muela, pues, de lo contrario, se desgastan irregularmente las caras laterales. Apoyar la pieza o herramienta que se va a esmerilar, siempre que se pueda, sobre.el soporte, el cual debe estar rígidamente sujeto y lo más próximo posible a la muela (fig.). La pieza o la herramienta se debe aproximar lentamente a la muela, nunca con brusquedad. Durante el esmerilado, la presión debe ser ligera, y la herramienta debe desplazarse con la misma presión a todo lo ancho de la muela. Interrumpir frecuentemente el afilado para- enfriar la pieza, ya que el calentamiento puede destemplarla. Utilizar cada muela adecuadamente: la de grano grueso para desbastar, y la de grano fino para el acabado. Las muelas destinadas al afilado de herramientas jamás deben emplearse para esmerilar otros materiales o desbastar piezas. Las herramientas de metal duro sólo pueden afilarse en las muelas especiales de carborundo, que deben quedar reservadas exclusivamente para tales herramientas. 3.3. Reacondicionamiento de las muelas Cuando una muela trabaja en buenas condiciones, tiene sus granos con aristas vivas que arrancan fácilmente el material. Durante el trabajo, las aristas se redondean y la penetración se hace cada vez más difícil. La muela apenas arranca virutas, no hace más que rozar sobre el material. Entonces se dice que la muela está embotada. Otras veces, por una mala utilización, la muela presenta una superficie irregular que dificulta su empleo y produce vibraciones. En ambos casos, se hace necesario volver a poner la muela en condiciones de efectuar su trabajo satisfactoriamente, para lo cual se debe repasar la periferia de la muela hasta que presente una superficie regular, con granos de corte activo y perfectamente concéntrica. Para reacondicionar las muelas se emplean las siguientes herramientas: Moletas Diábolos Diamante 3.3.1. Moletas Constan de varios discos metálicos dentados, que giran locos sobre un eje soportado por un mango. Los discos pueden tener distintas formas (fig.).
Moleta ondulada Prof.: Ignacio Escudero
Moleta dentada
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Se usan pasando los discos con una ligera presión por todo el espesor de la muela, en la posición que indica la figura 11. Su aplicación principal es para muelas de grano grueso. 3.3.2. Diábolo Es una pequeña muela dura de grano grueso, que gira sobre un eje sujeto por dos mangos. Se aplica oblicuamente contra la muela, como indica la figura . Se usa para repasar muelas de grano medio. 3.3.3. Diamante Consiste en un pequeño diamante industrial engastado en un soporte de acero, que se sujeta con un mango (fig.). Debe usarse como indican las figuras en pasadas finísimas, respetando escrupulosamente un ángulo de caída de unos 15°, para evitar que el diamante salte del soporte. Sólo ha de emplearse para un repaso final en muelas ya desbastadas con otros instrumentos.
4. NORMAS DE SEGURIDAD La electroesmeriladora es una máquina muy peligrosa, que exige mucha atención y cuidado, por las altas velocidades que alcanzan las muelas y por su fragilidad. Por ello es conveniente: Colocarse, siempre que sea posible, a un lado de la muela, no enfrente de ella, para evitar accidentes en caso de rotura posible, aunque poco frecuente, que daría lugar a la proyección de los trozos a gran velocidad. No montar jamás una muela, cuya velocidad de rotación sea inferior a la de la máquina; podría desprenderse algún trozo a causa de la fuerza centrifuga. Repasar la muela cuando esté defectuosa, ya que, además de realizar un mal trabajo, los desequilibrios pueden provocar su rotura por vibraciones. No golpear las muelas ni ejercer excesiva presión sobre ellas, ya que son frágiles y pueden agrietarse. Para trabajar los extremos de pletinas o barras largas y delgadas, no acercarlas en posición radial a la muela y, menos aún, bruscamente; el choque es brutal y peligroso. No aproximar las manos a la muela; si la pieza es pequeña, cogerla con unos alicates o entenallas. Trabajar siempre con las carcasas de protección montadas. Usar siempre gafas o la pantalla protectora.
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