Abrasivos y ligantes: las dos caras de la herramienta. Una herramienta abrasiva deberá, ante todo, evaluarse en base a dos elementos básicos: * Abrasivo * Ligante Estos dos aspectos son fundamentales para los resultados que se obtienen con el proceso de corte y rectificación, siendo por consiguiente áreas de prioridad principal para I&D.
Principales tipos de abrasivos.
herramientas abrasivas
Los abrasivos constituyen una gran familia que podemos dividir en 4 grupos principales, según sean sus propiedades químicas. Estas, a su vez, pueden subdividirse en 2 grupos de acuerdo con su dureza: Abrasivos convencionales
Superabrasivos
Óxido de aluminio y Corindón (A)
Nitruro cúbico borón (CBN)
Carburo de Silicio (B)
Diamante (D)
Tipología abrasiva
Material a trabajar
A: Óxido de aluminio
acero, metales pesados no ferrosos
B: Carburo de Silicio
vidrio, carburo cementado, hierro fundido, piedra, cerámica
El diamante no se limita a ser uno de los materiales más duros; revela además uno de los valores más elevados entre los materiales conocidos en lo que concierne a otra propiedad: su conductibilidad térmica. A 800°C el diamante empieza a degenerarse y a perder todas sus propiedades. En presencia de oxígeno se quema completamente sin dejar cenizas. Por contra, su expansión térmica es muy limitada (está por debajo de la del acero niquelado). Otras propiedades de los diamantes: base de inmunidad ácida y fuerte que da como resultado un vidrio opaco. El diamante puede ser: * Natural * Sintético
El vidrio es un material extremadamente duro: ello implica que para su elaboración tengamos que utilizar el material más duro que conocemos: el diamante.
Diamante bruto natural Se extra de la roca o de estratos de arena; los depósitos más importantes de diamantes están ubicados en Zaire, Sudáfrica y en la ex Unión Soviética. El diamante natural, cortado apropiadamente y trabajado, tiene su salida en las joyerías en calidad de piedra preciosa. Los diamantes en bruto con defectos que impiden su venta como joyas, se utilizan en la industria. Deben molerse mecánicamente para convertirse en gránulos abrasivos para las herramientas de diamantes; los microgránulos de cristal obtenidos tras su elaboración, con aristas extremadamente cortantes, presentan formas y dimensiones irregulares. A través de cribas de distintos tamaños, se consiguen los microgránulos abrasivos con las medidas requeridas.
La escala de dureza de los minerales, establecida por el mineralogista alemán Friedrich Mohs y basada en el rayado, da como referencia diez minerales que corresponden a diez valores de dureza: el talco es el más blando, en tanto que el diamante es el más duro.
Diamante sintético Se produjeron por primera vez en 1955 en los EE.UU. por General Electric. El proceso de síntesis necesario para producir diamantes artificialmente, exige niveles de presión y temperatura extremadamente elevados
C: CBN D: Diamante
acero vidrio, piedra, cerámica, carburo cementado
El abrasivo por excelencia en la elaboración del vidrio: el diamante.
01
Escala Mohs: 1. Talco 2. Yeso 3. Calcita 4. Fluorita 5. Apatita 6. Feldespato 7. Cuarzo 8. Topacio 9. Corindón 10. Diamante
y tecnologías muy avanzadas, que han evolucionado constantemente en un lapso de tiempo de casi cincuenta años. Los diamantes se generan gracias al precipitado de un flujo de metal líquido que incorpora carbono (grafito) como nutriente. El mesh de los cristales sintéticos puede determinarse en base a un desarrollo controlado: una velocidad lenta de desarrollo favorece la formación de cristales más grandes. Si bien los diamantes sintéticos están concebidos para aplicaciones estrictamente industriales, en la actualidad los mismos permiten producir gemas que presentan las mismas propiedades físicas y ópticas que las que ostentan los diamantes naturales y con su mismo aspecto. Por consiguiente, el diamante sintético entró en juego y está cambiando gradualmente el modo de trabajar de las joyerías. Los principales fabricantes de diamantes sintéticos son De Beers DRL, General Electrics (EE.UU.), Sumitomo (Japón) y los Laboratorios Especializados de la ex Unión Soviética. Los motivos por los que los diamantes sintéticos son, en general, más apropiados para las herramientas abrasivas que los diamantes naturales. Existen motivos de producción y motivos de aplicaciones técnicas. En lo que concierne a la producción, basta decir que queda bajo control y, por lo tanto, se mantiene constante bajo el punto de vista de la calidad. En cuanto a su aplicación, una explicación comprensible requeriría mucho más tiempo y ello tendría que hacerse siguiendo un enfoque técnico/cintifíco. Pero podemos dar una explicación suficientemente clara empleando palabras sencillas. Como ya dijimos antes, los abrasivos obtenidos de diamantes naturales se consiguen mediante el molido mecánico de monocristales, o de partes de ellos (los diamantes naturales se encuentran únicamente bajo forma cristalina). Los gránulos abrasivos obtenidos de tal modo son en realidad fragmentos que no presentan la geometría de los cristales de diamante y sí formas y dimensiones irregulares con filos agudos. Además, tales fragmentos son mucho más duros (o menos friables) que los cristales de los cuales fueron parte componente (en realidad, durante la etapa de molido mecánico, los diamantes se rompen en sus puntos más débiles, esto es, a lo largo de sus líneas de rotura). A causa de su gran dureza, los gránulos abrasivos obtenidos de diamantes naturales sirven solamente para herramientas abrasivas con ligantes metálicos o electrolíticos, mientras que
los diamantes sintéticos pueden obtenerse con las dimensiones deseadas sin necesidad de ser molidos. Los diamantes sintéticos pueden ser monocristalinos (hechos con un sólo cristal como los diamantes naturales y con forma y geometría regulares) y policristalinos (hechos agregando diversos cristales, de manera que presentan una forma irregular con mayor cantidad de aristas vivas). En base a las diferencias entre los diamantes microcistalinos y los distintos tipos de diamantes policristalinos, así como en base a sus respectivas formas y friabilidad, se determinan sus aplicaciones especificas. Por ejemplo, si se desea una pulimentación delicada de una superficie sin virutas, es indispensable que las muelas abrasivas contengan diamantes duros de forma compacta, puesto que en esa clase de diamante las microfracturas se producen lentamente durante las operaciones de rectificado.
Tamaño del grano (muelas abrasivas) El tamaño del grano abrasivo es el tamaño del grano que contienen las muelas. El mismo influye sobre una serie de factores y entre ellos: * la pulimentación de la pieza bajo elaboración * la capacidad de corte de la herramienta dada cierta unidad de tiempo
herramientas abrasivas
NOCIONES BÁSICAS SOBRE HERRAMIENTAS ABRASIVAS
Hay estándares internacionales que determinan cómo debe valorarse el tamaño del grano; generalmente Vincent utiliza los estándares FEPA. FEPA establece dos escalas para la medición del tamaño de granos: * escala mesh * escala de micras La escala mesh se refiere al número de orificios que pueden contarse a lo largo del lado de una criba de una pulgada cuadrada; mientras más grande sea el grano abrasivo, menor será su valor mesh (un grano de 10 mesh se criba a través de una criba de una pulgada cuadrada con 100 orificios, un grano de 30 mesh a través de una criba con 900 orificios, etc). MESH = mesh por pulgada 1" ø μm (micra): un milésimo de milímetro
1"
ø 1" x 1" estructura de mesh ø 1" (una pulgada) = 25,4 mm
02
Maquinización bruta Semiacabado
70.220 (tamaño medio del grano)
Acabado
240 - 1000 (fino)
Pulimentación
1200 - ... (superfino)
Ligantes: objeto de disputas tecnológicas
Principales tipos de ligantes
Tal y como se indicó antes, ligantes y abrasivos son componentes clave que alteran considerablemente la vida de las herramientas (dureza, capacidad de corte, seguridad, etc.)
Hay varios tipos de ligantes:
Los ligantes cumplen la función de tener juntos los granos abrasivos para que puedan trabajar apropiadamente y de liberarlos exactamente a la hora en que no cumplen plenamente con su función (a esa hora y no más tarde) para dejar espacio a los nuevos granos abrasivos.
N.B.: en la elaboración del vidrio el tamaño del grano va normalmente de 50 a 400 mesh para abrasivos convencionales y de 60 a 20 (micras) para superabrasivos. Macrogranos (tamaño mesh)
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Tamaño del grano Denominación FEPA e ISO 6106
46 54 64 76 91 107 126 151 181 213 251 252 301 302 356 357 358 426 427 501 502 601 602 711 712 851 852 1001 1002 1181 1182
Tamaño de mesh (ASTM 11) ISO 565
325/400 270/325 230/270 200/300 170/200 140/170 120/140 100/120 80/100 70/80 60/70 60/80 W 50/60 50/70 wi 45/50 45/60 wi 45/70 wi 40/45 40/50 W 35/40 35/45 wi 30/35 30/40 25/30 25/35 20/25 20/30 W 18/20 18/25 wi 16/18 16/20
N.B.: en la elaboración del vidrio, se utilizan ligantes metálicos en operaciones de mecanizado bruto y de semiacabados por ser los más duros. Los ligantes resinoides son más apropiados para operaciones de pulimentación y de super pulimentación por ser más blandos. Las muelas abrasivas de metal poseen una capacidad de perfiladura excelente y conservan su perfil bastente bien, mientras que las muelas a ligante resinoide y las periféricas proporcionan un pulimentado mejor.
Guía para la elección de la mejor relación ligante/abrasivo en la elaboración del vidrio.
Mesh nominal orificios en m ISO 565
45/38 53/45 63/53 75/63 90/75 106/90 125/106 150/125 180/150 212/180 250/180 250/212 300/250 300/312 355/300 355/250 355/212 425/355 425/300 500/425 500/350 600/500 600/425 710/600 710/500 850/710 850/600 1000/850 1000/710 1180/1000 1180/850
* ligantes vitrificados y cerámicos * ligantes resinoides * ligantes metálicos * ligantes elásticos
LIGANTE
PORO
ABRASIVO
Dicha deliberación tiene lugar gracias a un principio físico muy simple: los granos, los diamantes por ejemplo, pierden su filo y sus aristas vivas con el tiempo y el uso, dando lugar a una mayor fricción. Cuando la fricción sobrepasa la resistencia del ligante, el grano se suelta.
Al elegir la mejor combinación de abrasivo (diamante) y ligante (metal o resinoide) para la elaboración del vidrio, habrá que tener en cuenta una serie de factores, tales como: * tipo y estructura de la máquina (potencia, rpm, grado de estabilidad = por ejemplo vibraciones, chuck play, etc). * parámetros para la elaboración (revoluciones periféricas de la muela, velocidad de alimentación, etc.) * longevidad requerida para la herramienta (eficiencia) * capacidad de corte requerida a la herramienta (velocidad de elaboración) * cualidad de pulimentación requerida (coeficiente de aspereza) * sistema de refrigeración más grueso 10
Dimensión del grano 24
Crear un ligante que sea capaz de liberar el abrasivo en el momento justo presenta grandes dificultades, por lo que es objeto de grandes inversiones en tecnología. Si la liberación tiene lugar demasiado lentamente disminuye la eficiencia de la herramienta, por contra, cuando se produce demasiado rápidamente dura demasiado poco; en ambos casos la relación coste/prestaciones sería exclusivamente limitada para el consumidor final.
más alta
Por dureza de una herramienta entendemos la fuerza que mantiene unidos los granos abrasivos.
blandas, dúctiles
54
100
más fino 240
Remoción de material Eficiencia económica Virutas
gruesa
500
1200
menos alta
Calidad de la superficie Acabado de la superficie
fina
no favorable
Precisión perfil/sujeción perfil agudeza de los filos
más virutas
Material
mayor
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La escala de micras mide las dimensiones de los granos en micras; cuando mayor sea el grano abrasivo, mayor será su valor en micras. La escala se utiliza para valorar la medición de granos de super abrasivos.
mejor
menos virutas duras, no dúctiles
Velocidad roturas Seguridad
menor
* W: revela grandes granos * wi: revela grandes granos no incluídos en la escala FEPA. El tamaño de mesh no coincide con las dimensiones del producto en m.
03
* Micra: indica la medición del círculo alrededor de mesh.
04
MBS 970 | El diamante de mayores prestaciones del mercado
MBS 900 | Línea de diamantes sin recubrimiento Concepto de diseño
Los diamantes de la serie MBS 900 se elaboran mediante un proceso de ingeniería de nueva metodología. Por otra parte, se han desarrollado técnicas revolucionarias de caracterización que aseguran los más altos niveles de calidad y consistencia del producto.
955
970
alta
Mayor resistencia al desgaste Menor consumo de energía
945 935
960
950
925 940
915 930
media
920 910
baja Cubooctaédrica integral Distribución de formas
Poliédrica angular
Las áreas circulares indican la distribución de resistencias y formas cristalinas de cada producto.
Relación de la resistencia al impacto por temperatura 100
915 910
0 700
800 900 Temperatura (ºC)
1000
1100
Productos clasificados por su resistencia al impacto, estando sometidos a calor en atmósfera inerte.
Desarrollado mediante una innovadora tecnología de caracterización de diamante surgida en los sectores de espectroscopia óptica, análisis de imágenes y mecánica de fractura, el diamante MBS 970 ofrece una resistencia al desgaste, según aplicaciones, mejorada en hasta un 50%, con una reducción de consumo energético de hasta el 10%.
MBS 940 mantiene un bajo nivel de inclusiones, permitiendo al mismo tiempo una diversidad más amplia de formas y resistencias. Ideal como diamante de calidad en aplicaciones generales.
El diamante MBS 970 contiene cristales de ingeniería con resistencia y estabilidad térmica extremadamente altas y forma controlada.
MBS 930 es un diamante de friabilidad media que mantiene un alto porcentaje de formas de corte buenas e íntegras. Para discos de calidad general y como diamante de grado superior para discos de corte en seco.
Está diseñado específicamente para aplicaciones de corte y perforación de alto rendimiento como las de hormigón armado, corte por hilo, corte de láminas de granito con multidisco o disco grande y barrenado.
MBS 935 y MBS 925 son productos de grado medio y gama media para aplicaciones ligeras que requieren moderada resistencia al impacto. Los cristales presentan una distribución más amplia de formas y resistencias frente a MBS 940 y MBS 930.
Granos superiores
Granos económicos
MBS 960, optimizado en su forma, nivel de inclusiones y resistencia al impacto. Para aplicaciones de muy alto impacto y alta potencia.
MBS 920 ofrece friabilidad moderada con una combinación de cristales cubooctaédricos y de otras formas buenas e íntegras, proporcionando suficiente resistencia al impacto para aplicaciones moderadas.
Tamaños disponibles Mesh / FEPA 60/80 D252
50/70 D302
45/60 D357
40/50 D427
35/45 D502
30/40 D602
25/35 D712
70/80 D213
Tamaños combinados* 60/70 D251
50/60 D301
45/50 D356
40/45 D426
35/40 D501
30/35 D601
25/30 D711
Tamaños únicos Mesh FEPA
El ensayo de resistencia a la fractura por compresión (CFS) se asemeja más que cualquier otro método convencional a la carga dinámica de impacto experimentada realmente por un cristal durante el proceso de corte. Proporciona una auténtica distribución de resistencias dentro de una población de diamantes. Se ha desarrollado la capacidad necesaria para diseñar diamantes con una óptima resistencia a la fractura por compresión.
970 960 955 950 945 940 935 930 925 920
Resistencia al impacto
herramientas abrasivas
La caracterización visual de formas se ha convertido en una ciencia mediante el análisis de imágenes por ordenador. Por primera vez la ”excentricidad“, como medida cuantificable de forma, se utiliza como parte de un proceso de ingeniería para crear, caracterizar y evaluar el diamante MBS de grado superior.
Granos medios
herramientas abrasivas
La serie MBS 900 es una línea completa de diamantes de ingeniería avanzada concebida para aplicaciones de corte y perforación. Las características del producto – tamaño, forma, resistencia al impacto, resistencia a la fractura y estabilidad térmica – han sido diseñadas para satisfacer las exigencias de rendimiento en una amplia gama de aplicaciones de corte y perforación en las industrias de transformación de piedra, renovación y construcción.
Resistencia a la fractura
Diamante de calidad superior
MBS 970 MBS 960-910
Guía general de aplicaciones MBS 970
MBS 960
MBS 950
MBS 955
MBS 940
MBS 945
MBS 935
Muy alto impacto Alto impacto Medio impacto Máquina de alta potencia Máquina con Alta velocidad de corte potencia limitada Hormigón / Asfalto Hormigón armado Áridos duros
Hormigón / Asfalto Hormigón armado Todos los áridos
Granito Corte con sierra de hilo Corte con multidisco Sierras de gran diámetro Desbastado
Granito Granito Corte con sierra de hilo Desbastado Corte con multidisco Calibrado Sierras de gran diámetro Desbastado
Mármol / Caliza Corte con sierra cinta Prospección / Minería Barrenado
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MBS 930
MBS 920
MBS 925 Bajo impacto
Hormigón / Asfalto Hormigón / Asfalto Hormigón no reforzado Equipamiento manual Áridos medianos y ligeros
Mármol duro / Caliza Corte con sierra de hilo Corte por láminas Desbastado Calibrado
MBS 910
MBS 915 Muy bajo impacto
Hormigón / Asfalto Equipamiento manual Disco de corte manual
Granito Pulido
Marmol / Calizas / Piedras blandas Corte con sierra de hilo Corte por láminas Púlido
Mármol blando / Caliza Corte con sierra de hilo Corte por láminas Desbastado
Sustitución de diamante natural
MBS 950, con bajo nivel de inclusiones, gran resistencia térmica y distribución precisa de formas para máquinas de alto impacto y potencia limitada. MBS 955 y MBS 945 son productos de grado superior y gama media diseñados para aplicaciones de alto impacto en un amplio abanico de condiciones de corte. Como producto base, contienen los mismos diamantes de alta calidad con una distribución más amplia de formas y resistencias.
MBS 915, de grado económico y gama media, está diseñado para el uso en aplicaciones ligeras que requieren una moderada resistencia al impacto en las que la duración de las herramientas no es prioritaria. Contiene cristales similares a los del MBS 920 pero con una distribución más amplia de formas y resistencias. MBS 910 es un diamante altamente friable, siendo por tanto ideal para aplicaciones ligeras de bajo coste.
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