ABRASIVOS Adoney bravo feria, Giovanni Jiménez, David Henríquez, Nerio mercado Estudiantes de ingeniería mecánica Universidad Autónoma del Caribe Barranquilla 17 noviembre 2009
INTRODUCCION En los procesos industriales actuales la
utilización de abrasivos ha adquirido gran importancia debido a su gran funcionalidad y practicidad. Gracias al Desarrollo de mejores maquinas
Conocer
la
nomenclatura
internacional de los abrasivos. MARCO TEÓRICO
ABRASIVOS
herramientas y la mejora en los procesos de
Los abrasivos son materiales que, por su su
producción de de piedras abrasivas abrasivas hoy en día
elevada dureza dureza y estructura estructura cristalina, cristalina, son
los abrasivos abarcan gran cantidad de usos
capaces de producir producir un desgaste desgaste o corte corte
a nivel industrial
por acción mecánica sobre materiales
que los han hecho
necesarios en ciertas labores.
menos duros.
Es bueno saber identificar los tipos de
Los materiales abrasivos han sido utilizados
abrasivos que se pueden usar para cada
por el hombre desde su etapa más primaria,
labor, para tener un mejor mejor producto producto final y
y de una forma artesanal en la antigüedad,
no incurrir en gastos excesivos por la mala
pero
descubrimiento
y
escogencia de una piedra abrasiva poco
aprovechamiento del corindón natural
(1)
adecuada.
como abrasivo, antes del año 1825, se
OBJETIVO
generaron también otros desarrollos
luego
con
el
e
incluso su comercio, pues pues la india para ese
El objetivo principal de este informe es
entonces proveía
introducir el concepto de abrasivo, como
insumo, hecho que llevaría a los los ingleses ingleses a
una herramienta útil en los procesos a nivel
fabricar la primera rueda esmeril. En 1837
industrial.
gracias a la investigaciones realizadas por el
Objetivos específicos
a Inglaterra de este
francés Marc Antonine, se descubrió que el corindón está compuesto un 94 % por oxido
Definir concepto de abrasivo
de aluminio, hecho que permite hoy la
Conocer los usos adecuados de los
producción de abrasivos sin necesidad de
abrasivos
extraer corindón natural.
Conocer los tipos de abrasivos
Conocer los procesos procesos en los cuales
alemán Hasslacher, optimizo
se pueden usar abrasivos
para obtener obtener el corindón corindón sintético sintético con una
57 años más tarde en 1894 el científico el proceso
dureza de 9 en la escala de Mohs fundiendo
el
oxido
de
(2)
fig. (1)
aluminio
y
disminuir la productividad y la duración del material,
prolongar
el
tiempo
de
volviéndolo a cristalizar, esto le daba una
elaboración y por ende aumentar los costos
dureza tal solo superada por el diamante y
y riesgos laborales.
otras
sustancias
sintéticas
como
el
carborundum o carburo de silicio. Fue así que a partir de estos componentes el hombre fabrico diferentes herramientas o insumos abrasivos fabricados con estos minerales,
los cuales trituro para formar
partículas
encargadas
de
Clasificación de las herramientas abrasivas Los abrasivos pueden dividirse en cuatro grandes
grupos:
abrasivos
rígidos,
abrasivos flexibles, abrasivo no tejido y diamantes artificiales.
devastar
Entre los rígidos se encuentran los discos de
aglutinan
corte , de desbastes, esmeriles, puntas
con pegantes sintéticos o naturales los
montadas , ruedas de bancos entre otros,
cuales
fig.(2), en los flexibles encontramos bandas,
superficies, estas partículas se mantienen
unidos
los
granos
mientras se realiza el trabajo.
Durez a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
discos, fibrodiscos, gratas, pliegos fig.(3)
Mineral
Composición química
Talco Yeso Calcita Fluorita Apatito Ortoclasa Cuarzo Topacio Corindón Diamantes
Mg3Si4O10(OH)2 CaSO4-2H2O CaCO3 CaF2 Ca5(PO4)3(OH-Cl-F) KAlSi3O8 SiO2 Al2SiO4(OH-F)2 Al2O3 C
entre otros, entre los abrasivos no tejidos encontramos lana abrasiva, cepillos, rollos fig.(11) y finalmente en los diamantes encontramos
discos y puntas montadas
Fig.(7). A su vez cada uno representa diferentes granulometrías, durezas, estructuras y ligas de diferentes tipos, puntos a tener en cuenta a la hora de trabajar.
Fig. 1 Tabla de dureza Mohs
Estas herramientas de diferentes formas y tipos que -de acuerdo al tamaño de los granos y el grado de dureza se clasifican de blandos a duros- con el tiempo se han perfeccionado al punto que existe una gran diversidad y cada una se usa de acuerdo a sus características físicas y mecánicas, solo en
trabajos
específicos
para
asegurar
buenos resultados. El mal uso de una herramienta puede estropear el trabajo, Fig.2 Diferentes tipos de abrasivos Rígidos
momento del trabajo es muy frágil a fuertes impactos. Las
herramientas
abrasivas
vitrificadas se caracterizan por tener gran capacidad de friabilidad en el corte
(tendencia
granos abrasivos
que tienen los de fracturarse y
auto afilarse bajo la presión), lo que provoca menores quemaduras en la
Fig.3 Abrasivos Flexibles
pieza y un perfil de corte más
Componentes de los abrasivos
duradero, hecho que las convierte
Básicamente el esqueleto de los abrasivos
en las herramientas más utilizadas
es una liga que mantiene los granos unido
para operaciones
de acabado,
entre si mientras estos realizan la operación
afilado
herramientas,
de trabajo, las ligas no solo cumplen con la
rectificaciones de precisión, de ejes
función de aglutinar los granos abrasivos
de mando, de cigüeñales y de piezas
sino que también permite que estos se
con
vallan desprendiendo de ella a medida que
Generalmente
se van desgastando dejando al descubierto
fabricados
nuevos granos que continúan con el trabajo
están marcados con el signo “V”
de corte.
Estas ligas son diferentes de acuerdo a la clase de abrasivo;
en los rígidos
se
clasifican en vitrificadas, resinoides y de caucho, mientras que en los flexibles se utilizan cuatro tipos de ligas, papel, fibra, tela y combinado, cada una con diferentes propiedades y aplicaciones.
Ligas
vitrificadas
de
perfiles
complejos.
los
con
aglomerados
ligas
vitrificadas
Ligas resinoides u orgánicas: están fabricadas a bases de resinas y se caracterizan
por
conferir
a
las
herramientas abrasivas una elevada resistencia al impacto debido a que cuando se polimerizan se convierte en un aglomerante tenaz. Las
herramientas
abrasivas
fabricadas en esta liga pueden ser o
inorgánicas:
compuesta por materiales naturales
trabajadas en maquinado
con
velocidades de 48 m/s a 100 m/s
como arcilla, cuarzo y feldepasto ,
Dependiendo al tipo de liga y su
los cuales al ser combinados y ser
aplicación.
sometidos a temperaturas de 1200 C
componentes
forman una estructura cristalizada
como
de extrema rigidez que, si bien tiene
degradación que las vitrificadas
un excelente comportamiento al
que
(3)
Aunque orgánicos
desventaja no
por
pueden
una usarse
sus tienen mayor y
con
refrigerante pues estas soluciones
alcalinas deterioran la liga. Sin
pesado y se utiliza principalmente
embargo por su capacidad
en discos de pulidoras portátiles.
resistencia
son
especialmente
en operaciones de
corte
de
de
empleadas
bastante
presión.
El
Respaldo combinado: Se obtiene a través de la mescla de papel pesado y
tejidos,
su
resistencia
es
símbolo con el que se identifican
intermedia entre la tela la fibra y se
“B”.
utiliza especialmente en la industria
Ligas de caucho: presentan un alto
maderera para el lijado de pisos.
grado
de
resistencia
pudiendo
operar con velocidades hasta de 33 m/s, por ello son utilizadas en la fabricación de ruedas de arrastre y para la rectificación de centerless. Están
hechas básicamente
en
caucho natural, caucho sintético y elementos vulcanizados. Con respecto a las ligas utilizadas en los abrasivos flexibles, estas presentan cuatro tipos de bases o cuerpos: papel, tela, fibra y combinados.
Respaldo de papel: existen dos
Fig.4 Pulimiento por disco abrasivo
clases de acuerdo al peso de papel:
Características de los granos abrasivos
liviano o pesado, y para
operaciones
terminación
son utilizados manuales
en
de
operaciones
Con
seguridad
la
propiedad
más
importante de los granos abrasivos es su
mecánicas en general.
tamaño, que se distingue de acuerdo a
Respaldo de tela: Empleado en lijas
las dimensiones granulométricas. Estas,
para
y
se reconocen según el numero de
mecánicas, incluso aquellas que
mallas por pulgada cuadrada que tenga
exigen
Estos
el tamiz empleado para su clasificación,
respaldos reciben tratamiento de
por lo tanto un tamiz de 12 mallas por
acuerdo con el tipo de lija.
pulgada será un grano numero 12,
Respaldo de fibra: fabricado con
mientras que uno de 200 mallas indicara
aglomerado de papel vulcanizado y
un numero de 220, es decir, cuando
fibras
mayor es el numero de grano tanto más
operaciones grandes
de
respaldos
manuales
esfuerzos.
algodón, este
entre
brinda
los
mayor
resistencia al adelantar el trabajo
pequeño es su tamaño.
Estos datos granulométricos permiten al
recubrir tan solo el 50% del área total
usuario determinar cuándo usar granos
de la liga.
blandos o duros, así, para labores que requieran de menor esfuerzo o de un mejor acabado, se utilizan abrasivos suaves o finos y, los granos de mayor diversión se reservan para operaciones de mayor esfuerzo.
Cuando los granos se encuentran en menor cantidad por unidad de área se conocen como camada abierta y se recomienda para operaciones donde se genere gran cantidad e viruta, ya que el espacio amplio entre los granos no
Además de las dimensiones de los
permite su acumulación por ejemplo en
granos,
el maquinado de metales blandos y fibra
estos
cuentan
con
otras
propiedades como:
de vidrio.
Dureza: es la resistencia que presenta
Por el contrario, cuando los granos se
un cuerpo a la penetración de otro
encuentran mayor cantidad dentro de la
basándose en este concepto se creó la
unidad de área se conoce como camada
escala de Mohs
cerrada
Tenacidad: es la capacidad que tienes los
granos
energía,
abrasivos
estos
de
significa
absorber resistir
a
impactos baja la acción de esfuerzos de choque, sin perder el poder corte,
y
es
la
indicada
para
terminados y para lijas de granos finos, ofreciendo mayor uniformidad; En estas operaciones la generación de viruta es mucho menor y permite
que la
superficie no se tapone tan fácilmente.
creando nuevas aristas de corte. Los
Es importante aclarar que en muchas
granos que poseen estas características
ocasiones y en especial, cuando se
son indicados para operaciones de
utilizan aglomerados para metales, los
elevadas presiones.
operarios tienden a emplear abrasivos
Friabilidad: es la capacidad que tiene un grano
de
fracturarse
durante
la
operación de fricción cuando este pierde el poder de corte, creando así nuevas aristas y generando menos calor. Es importante aclara que en algunos casos y, dependiendo de la función de las herramientas abrasivas, estas tienen diferentes distribución y espaciamiento en la liga, de hecho, el abrasivo puede
duros
para
demasiado
trabajar duras;
estructuras una
selección
totalmente errónea, pues materiales duros contra duros generan resistencia y choque mientras que si se un material duro se trabaja con uno blando, este tiene la posibilidad de ir creando nuevos filos.
Nomenclatura
Modelo de corte
En la actualidad se estima que se fabrican
Aunque los abrasivos pueden tener muchos
unos 250000 tipos y tamaños distintos de
usos en la industria tales como el pulido de
piedra abrasiva, además se usan un gran
superficies, eliminación de filos cortante, o
número distinto de ligas o aglutinantes para
por el contrario crear filos en herramientas,
fabricar muelas abrasivas , además
las
además de procesos de corte de material y
piedras se configuran de diferentes formas,
rectificados, los cuales a primera vista nos
por tal razón a sido necesario crear una
parecen muy diferentes entre sí. Pero
nomenclatura
reconocida
todos estos procesos tienen como factor
internacionalmente, este registro brinda de
común el hecho de que en todos ellos hay
manera precisa las características generales
un proceso de arranque de viruta por
de
la piedra abrasiva que se está
acción mecánica entre las superficies de
adquiriendo, por tal razón es bueno saber
contacto, creándose nuevas superficies en
leer este código para no comprar un
la pieza sobre la cual se trabaja. Por tal
producto
razón es lógico pensar que estamos frente a
equivocado
para
los
requerimientos del trabajo a realizar. A manera de ejemplo se
un modelo de corte ortogonal con las variables propias de este proceso.
mostrara una
tabla con un ejemplo bastante práctico en
Aunque en los procesos abrasivos se aplica
la
la
el modelo de corte ortogonal hay ciertas
designación para abrasivos de oxido de
diferencias debido principalmente al tipo de
aluminio y carburos de silicio aglomerado.
herramienta de corte (grano abrasivo vs
En la fig.(6) encontramos
buril de corte).
Fig.(5)
en
esta
encontramos
un sistema
normalizado de designación para abrasivos
aglomerados de nitruro de boro cubico y
irregulares y están a distancias
diamante.
Prefijo
aleatorias en la periferia Tipo de Tamaño de Grado abrasivo Grano
A
51 Uso opcional. Símbolo del fabricante clase de abrasivo
Los granos abrasivos tienen formas
A
Oxido de aluminio C Carburo de silicio
36 Grueso 8…24 Medio 30…60 Fino 70…180 Muy fino 220…600
Fig.5 designación para abrasivos de AlO 3, y carburo de silicio
estructura
Tipo de Reg. De aglomerante fabricante
L
5
V
23
Va desde la A a la Z siendo A suave y Z duro
Su uso es opcional se usan números desde 1 hasta donde sea necesario
B Resinoide BF Resinoide
Uso opcional Marca del fabricante para identificar la piedra
reforzado E Goma laca O oxicloruro R Hule RF hule reforzado S silicato V vitrificado
M Prefijo
D Tipo de abrasivo
Símbolo del fabricante para indicar el tipo de diamante
100 Tamaño de grano
B nitruro
20…..1000
de boro cubico
P Grado A (suave) Hasta Z (duro)
D
100 Concentració de diamante
B Aglomerante
25 Baja 50 75 100 Alta
B resinoide M Metal V vitrificado
Letra o combinación numérica aquí indica una variación del aglomerante normal
diamante
Fig.(6) Designación para diamantes y aglomerados
Modificación de aglomerante
1/8 Profundidad de diamante 1/16 1/8 1/4 La ausencia de símbolo indica que el diamante es macizo
nitruro de
boro
El Angulo de ataque promedio en los granos
es
muy
negativo
en
consecuencia las virutas sufren una
A pesar de esto es bueno tomar medidas preventivas para evitar algún tipo de daño metalografico en la pieza.
deformación mayor que en otros procesos
Las posiciones radiales de los granos varia
Las velocidades de corte son muy altas normalmente de 30m/s
En los procesos de rectificado por medio
Fig.7 puntas montadas
de abrasivos se deben tener en cuenta
OPERACIONES ABRASIVOS
las fuerzas que se producen entre las
REALIZADAS
CON
superficies de contacto al igual que en otros modelos de corte se genera una
En la industria actual los abrasivos son
fuerza de rectificado que es tangencial a
ampliamente utilizado en procesos que
la piedra y una fuerza de empuje que es
buscan crear nuevas superficies ya sea
normal a la superficie de la pieza.
para pulimento, o se pueden realizar operaciones para rectificar las medidas
Otro factor que hay que tener en cuenta
de las piezas que se estén trabajando.
a la hora de realizar un proceso de medios
En términos generales el proceso de
es la temperatura (que
trabajo con abrasivo es un proceso de
pueden llegar hasta los 1600 C), sin
rectificación ya sea de medidas o
embargo el tiempo que tarda en
superficies
formarse la viruta es extremadamente
usos que se le han venido dando como
corto y como las virutas se llevan gran
los procesos de corte de material con
parte del calor generado solo una
tronzadoras
fracción del calor producido por el
superficie con filos cortantes (cuchillas)
rectificado pasa a la pieza.
otro
remoción abrasivos
de
viruta
por
uso
aunque cabe anotar otros
fig.(8), de
los
o
para
crear
abrasivos
lo
encontramos
es
el
proceso
de
sandblasting que se usa para mejorar la apariencia
de
grandes
superficies
fig.(10).
lentes ópticos, superficies metálicas para cojinetes. En lugar de una piedra abrasiva suspensión
de
partículas
se una abrasivas
mescladas en un fluido entre la pieza de trabajo y la herramienta de bruñir, los abrasivos
comunes
operación son
usados
para
esta
el oxido de aluminio y el
carburo de silicio, la herramienta de bruñir se llama contraforma y tiene la forma de la pieza a producir fig.(9).
Fig.8 Sistema de corte con disco abrasivo
El esmerilado o rectificado Se usa tanto para superficies planas o cilíndricas y gracias al diseño de maquinas herramientas especializadas para estos propósitos en el esmerilado se usan piedras de abrasivo la cual se puede conseguir en el mercado con un tamaño de grano acorde a las necesidades de producción.
Fig.9 Barra después del Bruñido
De forma general en este proceso lo que se
Pulimentado
busca es crear una nueva superficie bien sea para mejorar las medidas de la pieza de
Se usa para remover arañazos rebabas y
trabajo o solo mejorar la presentación, o en
alisar superficies gruesas por medio de
otros casos se usa para suavizar las
granos abrasivos pegados a una rueda de
superficies para disminuir las
pulimentado que gira altas velocidades, las
piezas que
realizan
fricción en
trabajos donde la
fricción debe ser mínima
ruedas se hacen de lona fieltro
de este
modo las ruedas son algo flexibles, y de acuerdo con el acabado final que se desee
El bruñido Se usa para producir acabados superficiales de extrema precisión y tersura por ejemplo
se pueden emplear tamaños de grano abrasivo diferentes, por ejemplo con granos abrasivos muy finos se puede alcanzar una superficie altamente pulida, brillante se
puede decir, ahora sino se desea un acabado
superficial
muy
exigente
se
pueden usar tamaños de grano mayores
Nunca
debe
usar
bridas
deformadas
Nunca
debe
apretarse
excesivamente
la tuerca de
montaje ya que la brida puede distorsionarse
por el ajuste
excesivo además crea puntos de presión indeseados.
Nunca se debe esmerilar sobre el costado de la rueda
Nunca se debe atascar el trabajo contra la rueda, una pieza de
Fig. 10 Operador de máquina de sandblasting
Nunca debe usarse una rueda se
haya
golpeado
o
a
Nunca
Nunca
pues al quedar forzada
sobre su eje, el calor generado por el uso causara la expansión aumentando
los
esfuerzos sobre la rueda
Nunca
se
debe
exceder
la
velocidad máxima de operación que no debe interpretarse como la velocidad más eficiente de operación
debe
ya
que
estas
se
establecen de acuerdo con su diámetro y resistencia.
ubicarse de una
debe
esmerilar
un
material para el cual no fue
tamaño del orificio de entra de
acero
velocidades
del arranque de la misma
sobre la maquina ni alterar el
del
la
rueda de esmeril en el momento
Nunca se de forzar una rueda
esta
altas
diseñada la rueda
fracturado.
Periferia
sobre
directamente enfrente
Factores a tener en cuenta a la hora de usar discos abrasivos.
que
atascada
causa impacto.
trabajo
Fig.11 telas abrasivas
Conclusiones
(taladrado, fresado, torno). Claro que algunas diferencias debido al
Los abrasivos vienen siendo utilizados
tipo de herramienta de corte.
desde las primeras etapas del desarrollo de la humanidad, de una forma primitiva al principio pero gracias al desarrollo de la ciencia se han mejorado notablemente la producción de discos abrasivos con una mayor dureza y calidad.
que encuentran en el mercado actual es bueno saber elegir el abrasivo adecuado según las necesidades propias de trabajo. El
uso
de
generalizados
abrasivos
se
ha
gracias
a
su
de una sustancia, fue propuesta por Friedrich Mohs
y se basa en el
puede rayar una más blanda. 3) Feldespato:
sustancia
mineral
y
compuesto principal de muchas
tecnológico con el desarrollo
rocas, químicamente es un silicato
de
materiales cada vez más resistentes
compuesto
y variados, a tal punto que hoy en
potasio y calcio con cantidades
día se encuentran discos de corte,
pequeñas de óxidos de magnesio y
pulimento, y desbaste además de
hierro.
productos
como
de
aluminio,
sodio,
cremas
entre otros.
Bibliografía
Para labores de pulimento es bueno
GROOVER,
usar abrasivos con granos muy finos
manufactura moderna 3ra edición. México:
Adheridos a discos flexibles.
Mc Graw Hill, 2007, pág. 595.
Para
labores
remoción
de
de
desbaste
o
gran
cantidad
de
material se deben usar
piedras
abrasivas rígidas de grano grueso y
2) La escala de Mohs: mide la dureza
hecho de que una sustancia dura
abrasivas, arena de sandblasting
su alta dureza.
practicidad de su uso y el avance
otros
1) Corindón: material compuesto por oxido de aluminio se distingue por
Debido a la gran cantidad de referencias
Citas
Mikel
p.
Fundamentos
de
KALPAKJIAN, Serope. Y SCHMID, Steven R. manufactura, ingeniería y tecnología 4ta edición. México: Pearson, 2002. Pág. 704.
con gran dureza
GUTIERREZ, Ana M. Abrasivos un aliado en
En los procesos de remoción de
la industria que usted debe conocer.
viruta por abrasión también se
Powermetal. Bogotá. Numero 4, Mayo-julio
puede aplicar el modelo de corte
2007; Pag.58-64
ortogonal al igual que en los otros procesos de remoción de viruta
