Maquinas no convencionales

Maquinas no convencionales1Ultrasonido

Elultrasonidoes unaondasonoracuya frecuencia supera el lmite perceptible por el odo humano (es decir, elsonidono puede ser captado por laspersonasya que se ubica en torno al espectro de 20.000 Hz).Existen mltiples aplicaciones del ultrasonido. A nivel industrial, permite medir distancias o desarrollar ensayos no destructivos, por ejemplo. Otro uso muy frecuente tiene lugar en el campo de lamedicina.

2Antecedentes ultrasonido

En el ao 1883, Galton investig los lmites de la audicin humana, fijando la frecuencia mxima a la que poda or una persona. Lleg a la conclusin de que los sonidos con frecuencias inaudibles por el ser humano, presentaban fenmenos de propagacin similares al resto de las ondas sonoras, aunque con una absorcin mucho mayor por parte del aire.A partir de entonces, se empez a investigar en temas relacionados con la generacin de ultrasonidos:Los hermanos Curie descubrieron la piezoelectricidad en 1880. Fueron Lippmann y Voigt en la dcada de los 80 del siglo XIX quienes experimentaron con el llamado efecto piezoelctrico inverso, aplicable realmente a la generacin de ultrasonidos, como veremos.Joule en 1847 y Pierce en 1928 descubrieron el efecto magnetoestrictivo, directo e inverso.A lo largo del siglo XX, se han producido grandes avances en el estudio de los ultrasonidos, especialmente en lo relacionado con aplicaciones: acstica subacutica, medicina, industria, etc. Concretamente, Langevin lo emple durante la primera guerra mundial para sondeos subacuticos, realizando un sencillo procesado de las ondas y sus ecos. Richardson y Fessenden, en la dcada de los aos 10 idearon un mtodo para localizar icebergs, con un procedimiento similar al utilizado hoy en da (mtodo de impulsos, lo veremos). Mulhauser y Firestone, entre 1933 y 1942 aplicaron los ultrasonidos a la industria y a la inspeccin de materiales.

3Tipos de maquinas del ultrasonidoULTRASNICA,haciendo vibrar un til a velocidades ultrasnicas, por encima de los 20.000Hzy utilizando un material abrasivo y agua se van realizando el mecanizado de la pieza por la friccin de las partculas abrasivas. Se usa para trabajar materiales muy duros como el vidrio y el diamante y las aleaciones de carburos.4Herramientas del ultrasonido

Elmecanizado ultrasnico(Ultrasonic Machining)(USM)es un proceso de ndole mecnica en el que se remueve material de la pieza dejando una forma especfica en ella. Para ello la herramienta vibra a 20kHz y gira a unos 5krpm, todo ello en acompaado por un lquido abrasivo que adems sirve para refrigerar la pieza, los materiales normalmente usados son elAcero,acero inox, ymolibdeno, etc. La forma de la herramienta es importante para que no recoja energa, la punta nunca toca la pieza que suele ser de materiales dctiles, el material abrasivo (contenido en una pasta) es el que realmente se come el material, normalmente las partculas de abrasivo suelen ser duras, como por ejemplodiamante, nitruro cbico de boro,carburo de boro,carburo de silicioyxido de aluminio, de esto el ms usado es elcarburo de boro. El equipo puede ser usado en distintas variantes, ya sea en untornopara mejorar la versatilidad de la mquina. La potencia de estos equipos oscila entre los 200 y los 2400W, la potencia influye en el material removido. La fuente de vibracin convierte potencia debaja frecuencia(60Hz) en potencia dealta frecuencia(20KHz). Las partes ms importantes deltransductorson un electromagneto y una pila de placas denquel.En este proceso se obtiene en la pieza una forma inversa a la de la herramienta y con una medida el doble del tamao del grnulo del abrasivo mayor que las dimensiones de la herramienta.

5ElectoerosinLaelectroerosines unproceso de fabricacintambin conocido comomecanizado por descarga elctricaoEDM(por su nombre en ingls,electrical discharge machining).El proceso de electroerosin consiste en la generacin de unarco elctricoentre una pieza y unelectrodoen un mediodielctricopara arrancarpartculasde la pieza hasta conseguir reproducir en ella las formas del electrodo. Ambos, pieza y electrodo, deben serconductores, para que pueda establecerse el arco elctrico que provoque el arranque de material.Bsicamente tiene dos variantes:El proceso que utiliza el electrodo de forma, conocido comoram EDM, donde el trminoramquiere decir en ingls ariete y es ilustrativo del choque del electrodo contra la pieza o viceversa (pieza contra el electrodo).La que utiliza el electrodo de hilo metlico o alambre fino, WEDM (donde las siglas describen en inglswire electrical discharge machining),6Antecedentes del electroerosinDesde que la electricidad comenz a dar sus primeros pasos se observ el efecto destructivo producido por la chispa elctrica al saltar entre dos contactos en el momento de su separacin. Este efecto incit a numerosos cientficos a profundizar en su investigacin, con el fin de evitarlo, y ello, unido a una necesidad de la poca de buscar un mtodo nuevo de mecanizado diferente a los convencionales que utilizaban herramientas mecnicas, llev a la idea de utilizar el citado efecto destructivo como mtodo de reproduccin de formas. En 1943, en plena segunda guerra mundial, y dada la escasez de oro y cobre, los cientficos soviticos B.R. y N.I. LAZARENKO investigaban en la bsqueda de materiales que pudieran sustituirlos como contactos de potencia. Las primeras mquinas de electroerosin que aparecieron hacia los aos 19481950, eran bsicamente mquinas-herramienta convencionales, tales como taladros, etc. que haban sido transformadas parcialmente para las necesidades de la electroerosin, adaptndoles un generador, un tanque de trabajo, etc7Tipos de maquinas del ElectroerosinEn los comienzos, todas lasmquinas para electroerosinse basaban en el mtodo ms antiguo, es decir, el deelectroerosin por penetracin. No obstante, con el advenimiento delcontrol numrico computarizado(CNC) a fines de los 70, la aparicin de las primeras mquinas paraelectroerosin por hilolas fue ubicando en el lugar de privilegio del que gozan actualmente, aunque ambos tipos de mquinas son hoy completamente automatizados y cuentan con CNC.De acuerdo con el fundamento diferente de los procesos deelectroerosin por penetraciny porhilo, las mquinas que emplean cada uno de estos procesos pueden obtener una cavidad tridimensional mediante un electrodo (penetracin) o bien cortar la pieza segn parmetros introducidos en el equipo de CNC (hilo).Sin embargo, a pesar de sus diferencias que tambin incluyen la naturaleza del fluido dielctrico y el nmero de ejes, las mquinas para electroerosin resEl principio de funcionamiento de unamquina para electroerosin por perforacines el mismo que en el sistema por penetracin. Una chispa producida en ungapentre el electrodo y la pieza, y cuya dimensin es mantenida por un servomotor, erosiona un material conductor. Como el electrodo es hueco, el dielctrico fluye a travs de este y la rotacin ayuda a producir la concentricidad y facilitar el proceso de limpieza. Puesto que las partculas removidas son conductoras, es esencial eliminarlas del orificio perforado para evitar cortocircuitos entre el electrodo y la pieza. Si se produce un cortocircuito, el servomotor retrae el electrodo, fija nuevamente la correcta dimensin delgapy se inicia nuevamente el proceso.ponden, en general, a un diseo que comprende los mismos componentes bsicos. Veamos cules son en el siguiente esquema tpico.

8Mquina de electroerosion por hilo

9Mquina de electroerosion por penetracion

10Mquina de electroerosion por perforacion

11Arco ElectricoEnelectricidadse denominaarco elctricoo tambinarco voltaicoa la descarga elctrica que se forma entre doselectrodossometidos a unadiferencia de potencialy colocados en el seno de una atmsfera gaseosa enrarecida, normalmente a baja presin, o al aire libre.1Fue descubierto y demostrado por primera vez por el qumico britnicoHumphry Davyen 1800. Para iniciar un arco se ponen en contacto, brevemente, los extremos de doselectrodos, usualmente en forma delpiz, por lo general degrafito, y se hace pasar una corriente intensa (unos 10amperios) a travs de ellos. Esta corriente provoca un gran calentamiento en el punto de contacto, al separarse los electrodos, se forma entre ellos una descarga luminosa similar a unallama.La descarga est producida porelectronesque van desde elelectrodonegativo al positivo, pero tambin, en parte, porionespositivos que se mueven en sentido opuesto. El choque de los iones genera uncalorintenso en los electrodos, calentndose ms el electrodo positivo debido a que los electrones que golpean contra l tienen mayor energa total.En un arco abierto al aire a presin normal, el electrodo positivo alcanza una temperatura de 3500 gradoscelsius. Durante el tiempo de la descarga se produce una luminosidad muy intensa y un gran desprendimiento decalor. Ambos fenmenos, en caso de ser accidentales, pueden ser sumamente destructivos, como ocurre con la perforacin deaisladoresen las lneas de transporte deenerga elctricaenalta tensino de losaislantesdeconductoresy otros elementos elctricos o electrnicos12Tipos de maquinas de arco electricoMaquina para soldadura de arco voltaico

13Maquinado por lasrElmecanizado con lseres un proceso especial o proceso no convencional de mecanizado de ndole trmica, que no generaviruta, en el que la eliminacin del material se provoca por lafusinyvaporizacindel mismo al concentrar en zonas localizadas elevadas temperaturas.'LASER' son las siglas del ingls 'Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation', lo que en castellano significaAmplificacin de luz mediante emisin estimulada de radiacin. El mecanizado con lser, comparado con los procesos convencionales de arranque de viruta, presenta una mejor precisin y acabado superficial (rugosidad), siempre y cuando no lo comparemos con los procesos de superacabado.

14Tipos de maquinas de lasr

1. Arranque de grandes porciones de material:- Cizalla.- Tijera.- Guillotina.

2. Arranque de pequeas porciones de material:- Tornos. Tornos revlver y automticos. Tornos especiales.- Fresadoras.- Mandrinadoras y mandrinadoras fresadoras.- Taladros.- Mquinas para la fabricacin de engranes.- Roscadoras.- Cepilladoras, limadoras y mortajas.- Brochadoras.- Centros de mecanizado (con almacn y cambio automtico de herramienta).- Mquinas de serrar y tronzadoras.- Unidades de mecanizado y mquinas especiales.

3. Arranque de finas porciones de material:- Rectificadoras.- Pulidoras, esmeriladoras y rebarbadoras.- Mquinas de rodar y lapeadoras.- Mquinas de mecanizado por procesos fsico-qumicos (lser,...)15Herramientas de maquinado por lasr- Prensas mecnicas, hidrulicas y neumticas.- Mquinas para forjar.- Mquinas para el trabajo de chapas y bandas.- Mquinas para el trabajo de barras y perfiles.- Mquinas para el trabajo de tubos.- Mquinas para el trabajo del alambre.- Mquinas para fabricar bulones, tornillos, tuercas y remaches.16ElectroquimicoRama de la qumica que estudia la influencia de la electricidad en determinados cuerpos y la obtencin de la misma a partir de reacciones qumicas.17Fresado qumicoElataque qumico hmedotambin conocido comofresado qumicoes una tcnica de remocin de material, la cual se fundamenta en la eliminacin dematerialno deseado por ataque de unasustancia qumicaactiva, como puede ser una solucin acuosacidaoalcalina. Las partes que no se desee que sean atacadas han de ser protegidas con recubrimientos aislantes. Modificando dichos aislamientos entre ataques se pueden conseguir diferentes geometras, as como mayores profundidades si se hace en varios pasos.18Antecedentes de la fresado quimicoEl ataque qumico hmedo puede que sea uno de los ms antiguos mtodos degrabadono convencional, puesto que losegipcios, en el ao 2300ACya lo utilizaban para conformarcobremediante el uso decido ctrico. Desde entonces, es un proceso que ha evolucionado constantemente, llegando hasta el siglo XIX para su uso engrabadosdecorativos. Posteriormente, una de las mayores aportaciones constructivas al proceso se produjo gracias a lafotografa, disciplina en la que se empezaron a utilizarmaterialesfotosensiblespara grabar sobrealeacionesdeestao-plomo. La principal aplicacin en nuestros das es en la industriaelectrnica, as como enaeronuticaymicroelectromecnica.19MAQUINADOS CON CHORROABRASIVO

ste maquinado es un proceso mecnico para el corte de materiales duros y quebradizos. Esto es similar a una rfaga de arena, utilizando pequeas partculas de abrasivo muy finas y control de cierre a baja velocidad. Por medio el aire se llevan partculas abrasivas que chocan en la pieza a velocidades alrededor de 900 a 18000 m/min. Se utilizan para el corte, polvos de xido de aluminio o carburo de silicio mientras que los polvos ligeros como la dolomita o bicarbonato de sodio se usan para limpieza, grabado o pulido. Los polvos no son recirculados a causa de posible contaminacin lo cual es apto a la obstruccin del sistema.Este maquinado, corta materiales frgiles sin daarlos. Otros usos incluyen vidrio escarchado, remocin de xidos en superficies metlicas, rebabeado, grabado de modelos, taladrado y corte de secciones finas de metal, corte y moldeo de materiales cristalinos. Este no es adecuado para el corte de materiales blandos porque las partculas abrasivas tienden a embutirse. Comparado con procesos convencionales, la relacin de remocin de material es lenta.20