Tema 5. Máquinas Rectificadoras
5.1. Definición de Máquina Rectificadora Es una máquina herramienta, utilizada para consegui c onseguirr maquinados de exactitud tanto en longitudes como en acabado superficial, usualmente después de una operación operación de rectificad rectificado o va uno de pulido. Por lo general las piezas que se maquinan son de acero endurecido mediante tratamiento térmico, se utiliza para este proceso discos abrasivos. Las partes de las piezas que se someten someten a rectificado han sido mecanizadas mecanizada s previamente previament e en otras otras máquinas herramientas herramient as antes de ser endurecidas por tratamiento térmico, dejando solamente un pequeño excedente de material para que la rectificadora lo pueda eliminar con facilidad y precisión(Josué precisión (Josué 2009)
5.2. Trabajos con Abrasivos La herramienta de corte que se utiliza para el acabado superficial final de las piezas se denomina muella, o piedra abrasiva, y se obtiene mediante distintas operaciones de mecanizados como: el rectificado, el bruñido, lapidado, súper acabado etc. Esta herramienta es la única que permite mecanizar piezas muy duras para darles un acabado con precisión según las tolerancias preestablecidas preestable cidas de la pieza a mecanizar. El mecanizad mecanizado o por abrasivos ha precedido al mecanizado por arranque de viruta, y consiste en eliminar material de las piezas metálicas mediante la desintegración desintegración de los cristales cortantes de la piedra, por frotamiento entre ambas partes.
5.3. Métodos de Rectificado Semejantemente al mecanizado por arranque de viruta, se pueden obtener superficies de revolución (cilíndricas y cónicas, exteriores e interiores) y superficies planas, que representan los siguientes métodos de rectificado: a.- Rectificado tangencial. tangencial. Similar al torneado y cepillado, se obtienen superficies cilíndricas y cónicas con muelas cilíndricas radiales.
b.- Rectificado frontal. Similar al fresado frontal, se obtienen superficies planas con muelas cilíndricas tangenciales. (Castro 2010)
5.4. Tipos de Rectificado a) Rectificado Plano con Muela Frontal Se da cuando el abrasivo gira sobre un husillo vertical, trabaja en forma plana contra la pieza desplazándose con un movimiento rectilíneo. Usualmente se le utilizan para la eliminación rápida del material, logrando en algunas máquinas un buen acabado y una elevada precisión.
b) Rectificado Plano con Muela Tangencial Es cuando La piedra gira sobre un husillo horizontal, trabaja de costado sobre la pieza desplazándose con un movimiento circular y pendular. Usualmente se le utiliza para trabajos de alta precisión en superficies planas sencillas, superficies inclinadas, ranuras, superficies planas, perfiles, etc.
c) Rectificado Cilíndrico Exterior
El proceso de rectificado se realiza en la superficie externa de la pieza que se encuentra sujetada entre centros, la cual permite la rotación de la misma. A su vez, la piedra también gira en la misma dirección cuando entra en contacto con la pieza.
d) Rectificado Cilíndrico Interior
El proceso de rectificado se realiza en el interior de una determinad pieza. La piedra abrasiva es siempre de menor diámetro que el ancho de la pieza. Un dispositivo metálico es lo que sostiene a la pieza, generándole el movimiento.
e) Rectificado sin Centros Son aquellas máquinas que rectifican piezas cilíndricas de dimensiones pequeñas, como casquillos, pines de bielas. El proceso se realiza por dos piedras que giran en el mismo sentido, que en el medio se coloca la pieza a maquinar, sin estar sujetada (por eso el mecanismo se denomina “sin centros”) que gira en sentido opuesto al de las piedras, impulsada por el movimiento de la piedra de arrastre, que está inclinada un cierto ángulo de entre 1 y 5 grados, dependiendo de la dureza del material a maquinar y del diámetro de la pieza. (Barragán y Rojas 2013)
5.5. Clases de Maquinas Rectificadoras Teniendo en cuenta su uso, las máquinas rectificadoras pueden clasificarse de acuerdo con el siguiente criterio:
5.5.1. Rectificadoras para piezas Cilíndricas Exteriores La máquina de rectificar superficies de forma cilíndricas exteriores y cónicas solo se compara con el torno paralelo de cilindrado entre puntas, que en vez utilizar una herramienta o cuchilla usa piedras cilíndricas. Los mecanismos de esta rectificadora la componen:
a.- Mesa desplazable y orientable b.- Bancada guía del carro porta muela c.- Cabezal porta piezas d.- Carro cabezal porta muela e.- Pieza colocada entre puntas f.- Muela abrasiva g.- Bancada o base. En las rectificadoras cilíndricas para exteriores, existe la posibilidad de ejecutar pequeñas superficies planas, como es el refrentado de las superficies laterales del cubo de una rueda dentada. En tal caso, se utiliza una piedra de copa trabajando de forma lateral. Para rectificar superficies cónicas suaves (conos largos), ellos se ejecutan sobre máquinas rectificadoras cilíndricas exteriores con mesa móvil, la cual gira en un plano horizontal pivotando alrededor de un eje vertical junto con el cabezal, la contrapunta y la pieza.
5.5.2. Rectificadoras para piezas Cilíndricas Interiores Son llamadas rectificadoras de agujeros, se compara a un torno exclusivamente para trabajos al vuelo, y en donde no presenta contrapunto. Esta máquina está diseñada para rectificar agujeros, con la cara tangencial del abrasivo, y superficies planas, con una de las caras laterales del abrasivo. Existen además otras formas de máquinas para rectificar interiores llamadas de movimiento planetario, donde la piedra además de girar a
gran velocidad en torno a su eje, posee un movimiento circular alrededor de un eje excéntrico llamado de rodadura, para aquellas piezas que no puedan girar.
5.5.3. Rectificadoras Universales Son aquellas que están diseñadas para rectificación interior, exterior, cilíndrica, cónica, y plana, sin tener la necesidad de desmontar la pieza a mecanizar. En estas máquinas, es posible someter a una pieza a dos operaciones simultáneas de rectificado, para lo cual habrá que regular las velocidades de ambos abrasivos, como así también las carreras útiles de trabajo. En la práctica, las rectificadoras universales están equipadas para rectificar conos y pequeñas superficies planas, con eje vertical y movimiento planetario.
5.5.4. Rectificadoras Planas Horizontales Son muy similares a las fresadoras; trabajan con la superficie cilíndrica del abrasivo en forma tangencial, y se construyen con una mesa longitudinal rectangular ó con mesa circular redonda.
El husillo del abrasivo está posicionado horizontalmente y es paralelo a la superficie de la mesa, siendo accionado por un motor individual y desplazable en altura, a fin de proveer el movimiento de penetración. La particularidad de este sistema de esmerilado tangencial es que, siendo muy pequeña la superficie de contacto entre pieza y abrasivo, se alcanzan rendimientos de producción reducidos, pero una gran finura en el acabado superficial.
5.5.5. Rectificadoras Planas Verticales Este tipo de máquinas están diseñadas con el árbol porta abrasivos dispuesto verticalmente, teniendo la mesa igual que las rectificadoras planas horizontales. Dado que se utilizan para superficies largas y muy pesadas, se adopta el criterio de una mesa fija y pieza inmóvil, y carro cabezal porta muelas móviles y corredizas. En este tipo de máquinas, se utilizan abrasivos de vaso, de taza ó de sectores segmentados, las cuales se prestan en especial para el esmerilado de planos interrumpidos y de superficies accidentadas. El diámetro de la muela debe ser mayor que el ancho a esmerilar, y dada la gran superficie de contacto, deben usarse muelas blandas. (Castro 2010)
5.6. Rectificado de Motores Las piezas que conforman un motor de combustión interna debido al rozamiento entre sus piezas y al calor que tienen que soportar, sufren un desgaste, para corregir estos desgastes y deformaciones se utiliza la técnica del rectificado que consiste en el mecanizado de las piezas, hasta igualar las superficies de contacto y darles un acabado que disminuya el rozamiento y favorezca la lubricación de los órganos en movimiento. Se realiza el rectificado en piezas como: los cilindros del bloque motor, cigüeñales, árboles de levas, asientos de válvulas, etc. El rectificado es una técnica de mecanizado es idéntico al realizado por fresadoras y tornos. Se sustituyen las cuchillas o fresas por muelas abrasivas, que consiguen un acabado superficial más fino y una medida final más exacta. Para el rectificado de motores se utiliza una maquinaria específica, diseñada para el trabajo en las distintas piezas del automóvil, como pueden ser las utilizadas para rectificar los cilindros del motor, o la rectificadora para cigüeñales, o la rectificadora utilizada para rectificar culatas. ¿Cuándo rectificar un motor? El mecánico decidirá si merece la pena hacer esta reparación o bien se decide por el recambio de la pieza por otra en perfecto estado. La decisión de rectificar una pieza depende de los siguientes factores:
Se consultara el manual del fabricante del vehículo si permite el rectificado de la pieza en cuestión. Si el fabricante lo permite, tenemos que ver hasta qué punto podemos hacerlo y si estamos dentro de tolerancias. Si vemos que es factible el rectificado pasaremos al siguiente paso. Tenemos que saber el precio que nos supone el rectificado, si es superior al de una pieza de recambio nueva, no se recomienda la operación de rectificado.
El rectificado es recomendable en piezas donde el coste del recambio es elevado, como por ejemplo: culatas, cigüeñales, bloque motor. También se recomienda en vehículos pesados: camiones, maquinaria agrícola y de obra públicas, donde la vida útil del vehículo es muy superior a la del motor. (Pinto 2013)
5.6.1. Rectificado de la culata La culata del motor se encuentra expuesta a muy altas temperaturas es por esta razón que es una de las rectificación más frecuente que se realiza de las piezas que conforman un motor, ya que tiende a dilatarse y deformarse progresivamente, contrayéndose cuando el motor se enfría El recalentamiento de la culata generar además la formación de fisuras y grietas, que causan fallas en el funcionamiento del motor, por lo cual es recomendable realizar un rectificado según las especificaciones técnicas del fabricante. La culata es una pieza de un costo muy alto, hecha mediante fundición y utilizando aleaciones de hierro fundido, primando el uso de aluminio, brindándole resistencia, rigidez y buena conductividad térmica. Para realizar el rectificado de una culata, primero se debe utilizar una regla metálica que mide la planitud respecto al apoyo en el bloque, además de un juego de galgas calibradas que permiten obtener su espesor. El nivel de deformaciones debe ser menor a los 0.05 milímetros, en caso contrario se deberá proceder al rectificado bajándole la menor cantidad posible, porque afectará a la cámara de combustión y a la compresión del motor.
5.6.2. Rectificado del Bloque Motor El proceso de rectificado en el bloque motor se realiza en el interior de los cilindros y en la superficie de la cara del bloque que se une a la culata. La principal causa de la rectificación es el desgaste que se produce por el rozamiento de los anillos de los pistones sobre la pared del cilindro. Este rozamiento produce una conicidad en el interior del cilindro y un ovalamiento del diámetro interior. Cuando la conicidad o el ovalamiento del cilindro superen los 0,15 mm ó 0.006“, es recomendable rectificar los cilindros del motor.
En el proceso de rectificado del bloque motor hay que tener en cuenta:
Medir el desgaste, conicidad y ovalamiento del bloque con un alexómetro. Verificar que el fabricante permite el rectificado y que ofrece las medidas y piezas de una posible rectificación
La operación de rectificado debe realizarse en todos los cilindros a la misma medida, cualquiera que sea su desgaste, para que mantenga los cilindros del block su misma cilindrada y, en su misma potencia. Cuando los cilindros presentan poco desgaste, solo es necesario efectuar una operación de pulido. Esta operación se realiza con una máquina pulidora de cilindros que tiene un eje giratorio provisto de una cabeza con tabletas de abrasivo que se introduce en el cilindro perfectamente centrado con él, esta operación se le denomina Bruñido. Cuando el desgaste de un cilindro sobrepasa la tolerancia permitida y que no existe la posibilidad de rectificado, deberá procederse al encamisado del block, que consiste en instalar nuevas camisas en el cilindro. Volviendo el motor a su cilindrada estándar.
5.6.3. Rectificado del Cigüeñal El cigüeñal al girar sobre sus cojinetes de apoyo o bancada, así como en las bielas, se produce un desgaste, que cuando es excesivo obliga a cambiar los cojinetes. En algunas oportunidades se deforman los apoyos del cigüeñal o las muñequillas y, en este caso, se procede a su rectificado y a la colocación de nuevos cojinetes de mayor diámetro. Se recomienda que el cigüeñal sea rectificado lo menos posible para que la superficie de apoyo del cojinete no baje demasiado, pues a medida que se baja, sube la presión unitaria, este rebaje no debe sobrepasar el 1 mm al rectificar. El cigüeñal no tiene que presentar ralladuras ni hendiduras de ninguna clase. En el peor de los casos se deberá reemplazar por otro nuevo. Después de haber realizado una inspección al cigüeñal se debe proceder a comprobar el desgaste de los puños de biela y bancada,
para lo cual, tendrá que contar con las especificaciones técnicas los brindadas por el fabricante. Este desgaste se verificara con un micrómetro (figura inferior), haciendo unas cuantas medidas en los puños del cigüeñal.
Para proceder al rectificado deberá tenerse en cuenta la menor de las lecturas obtenidas y rectificar todas las muñequillas a esa misma medida, pues si no, el cigüeñal gira desequilibrado. Siempre que se observe un desgaste mayor de 0,05 mm deberá procederse a la rectificación. El rectificado se realiza en una máquina rectificadora de cigüeñales, donde se monta el cigüeñal se le centra y se procede al rectificado con una piedra abrasiva circular y después se le da un acabado final con una operación llamado pulido. Después del rectificado deberá controlar la alineación de los puños del cigüeñal, para lo cual se le colocara sobre un contrapeso sujeto por los extremos entre puntas y se utilizara un reloj comparador La máxima tolerancia admisible es de 0,02 mm.
5.6.4. Rectificado de válvulas y asientos de válvula
El desgaste entre el vástago de la válvula y su guía, o posibles deformaciones del vástago, se comprueban por medio de un reloj comparador, cuyo palpador se pone en contacto con el borde de la cabeza de la válvula, estando la válvula montada en su guía o alojamiento, tal como indica en la figura inferior. Para realizar la comprobación, se hace girar la válvula sobre su eje, observando si existen desviaciones de la aguja del reloj, si el vástago o cabeza de válvula están deformados y es preciso sustituirla.
El espacio entre el vástago y su guía se comprueba moviendo la válvula lateralmente (figura inferior), para alejarla y acercarla del reloj comparador. Las lecturas que se obtuvieron en ambas lugares determina el espacio existente, que no debe de sobrepasar los 0,15 mm. Si la luz es excesiva, se sustituirá la guía volviendo a realizar la verificación. La tolerancia de montaje entre guía y válvula es de 0,02 a 0,06 mm. En caso de excederse con la nueva guía, se remplazara la válvula.
La operación de rectificado de los asientos de válvula se efectúa utilizando fresas o piedras abrasivas adecuadas, cuyo ángulo de inclinación coincida con el asiento (generalmente de 45º), y consiste en quitar material del asiento hasta dejarlo liso, para que la válvula encaje correctamente con él asiento.
Una vez finalizada la operación de rectificado de válvulas y asientos, es necesario asentarlos con el fin de conseguir un mejor acople entre válvulas y sus asientos. Esta operación consiste en frotar sucesivamente la cabeza de la válvula contra su asiento, colocando entre ambas una pasta de esmeril de grano suave y fino, tal como se muestra en la figura inferior.
Para comprobar que las superficies quedan con un acabado afinado, basta con marcar una pasta ó azul de plucia sobre el asiento y frotar contra él la válvula en seco. (Medina 2010)
5.6.5. Rectificadora de Bielas Esta máquina se usa para rectificar y reacondicionar agujeros del buje de biela (ojo de la biela y buje de bronce) de motores de combustión interna. En algunas ocasiones cuando existen deformaciones, se le rectifica el asiento del buje de biela. Además, está máquina se encuentra equipada con accesorios de centrado y herramienta de mandrilar y ajuste precisos para sujetar la herramienta. Las bielas deben ser colocadas en una maquina especial, se deben atornillar el cojinete inferior junto con el conjunto de biela superior. Entonces quedara el orificio del muñón, este orificio se le mide su diámetro para ver si se encuentra uniforme, sino lo está entonces se
procede a rectificar. Luego todo el conjunto se monta en la máquina, se asegura, después con un abrasivo se da el diámetro uniforme dependiendo de la medida de los moñones de biela para los cuales está trabajando esta biela. Una vez rectificado el diámetro, se procede a bruñir las paredes de los cojinetes de la biela con un disco de material de diamante, que deja un acabado suave para que las piezas móviles trabajen perfectamente. (Vargas y Rodríguez 2007)
5.7. Procesos con Abrasivos Recubiertos Es un material de gran dureza, pequeña y no metálica capaz de remover pequeñas cantidades de material de una superficie mediante un proceso de corte con un desprendimiento de virutas minúsculas, logrando acabados de gran exactitud en las dimensionales de una pieza. Entre los abrasivos más usados tenemos: las piedras, o muelas de esmeril para afilar cuchillos, o las lijas para alisar superficies y aristas agudas. Por ser duros se utilizan en procesos de acabado para partes muy duras o con tratamiento térmico, por ejemplo, para dar forma a materiales no metálicos tales como cerámicos y vidrios, para quitar cordones de soldadura, cortar tramos de perfiles estructurales y barras, concreto, y para limpiar paredes con chorro de agua o aire que contenga partículas abrasivas. Existen gran número de métodos de trabajos mecánicos de alta precisión, cuyo objeto es mejorar una superficie ya rectificada. Ellos son:
5.7.1. Bruñido El bruñido es un proceso de acabado con arranque de viruta el cual, con el uso de un material abrasivo duro, permite lograr en una pieza rectificada previamente, la elevación de la precisión y calidad superficial, además de mejorar la redondez del cilindro.
Produce una suavidad de las partes altas de la superficie rectificada, dando un acabado altamente reflectivo. En este proceso se utiliza un compuesto lubricante viscoso filtrado, para dar una acción de corte más suave y eliminar el material que se haya desprendido. Se le utiliza para terminación de diámetros interiores, este tipo de trabajo consiste en pulir y mejorar la superficie con relieves y/o surcos unidireccionales por medio de piedras bruñidoras. Es muy utilizado en la fabricación de camisas de motores, bielas, diámetros interiores de engranajes, etc. El bruñido es una operación de acabado final de la superficie interior de una pieza cilíndrica. Las herramientas que se utilizan en el bruñido se denominan piedras o barretas abrasivas.
5.7.2. Lapeado El proceso de lapeado consiste en interponer polvo abrasivo entre las piezas y las herramientas que efectúan la presión mientras se someten a movimientos rotativos y a cambios continuos de dirección. La desaparición de marcas, rayas ó estrías dejadas en la rectificación es posible, empleando granos cada vez más finos, y operando con una abundante lubricación: aceite ligero para metales blandos y aceros dulces, gas oil para fundición, y petróleo para acero templado. Las diferencias esenciales entre lapidado y rectificado estriban en la velocidad y en la trayectoria de corte del abrasivo. La trayectoria del abrasivo es una curva que se encuentra a sí misma, gracias a un
movimiento de zig zag, la cual engendra superficies lapidadas planas y cilíndricas. El útil de lapidar tiene la forma de un cilindro, y se halla montado en el extremo del eje de la máquina. Para la generación de superficies planas lapidadas, el abrasivo traza una serie de curvas paralelas en forma de 8. Para la generación de superficies cilíndricas lapidadas, el abrasivo traza hélices de pasos contrarios, con un ángulo de 30°.
5.7.3. Súper Acabado El súper acabado es un proceso que utiliza como herramienta muelas de grano muy fino donde se emplea gran cantidad de líquido y reduciendo en forma graduada la acción de los cristales abrasivos hasta que se forme una capa protectora, apenas la operación alcanza un cierto grado de perfección en el acabado de superficies. El líquido de frotación empleado está formado por un polvo abrasivo muy fino mezclado con aceite, y el fin de este tipo de terminación es el de mejorar la calidad de una superficie, eliminando las marcas dejadas por el rectificado de tal forma que, hace que disminuya el rozamiento entre dos superficies en contacto deslizante, y mejorando la resistencia al desgaste. Por lo tanto constituye la operación final de arranque de material mediante la cual las piezas adquieren el tamaño deseado dentro de las tolerancias más estrechas de exactitud, y con el acabado más fino que pueda obtenerse por cualquier otro proceso. Si bien este proceso es muy costoso, la superficie resultante queda perfectamente lisa. Las operaciones posibles con estas máquinas se extienden a ajustes deslizantes y giratorios de alta precisión, superficies planas, cilíndricas y cónicas exteriores e interiores, y acabado interior de cilindros de motores a pistón. (Pérez 2010)
5.8. Refrigerante de Corte para Maquinado Para efectuar un mejor proceso de maquinado se utiliza refrigerante de corte, este se utiliza en chorro continuo sobre el área directa donde se hace el corte. Los fluidos de corte se utilizan en las operaciones de mecanizado por arranque de viruta. Estos fluidos, son de forma líquida, se aplican sobre la zona de formación de la viruta, para lo que se utilizan aceites, emulsiones y soluciones. Se encuentran formulados en base a un aceite de base mineral, vegetal o sintética, siendo el primero el más utilizado, pudiendo llevar varios aditivos (antioxidantes, solubilizadores, anticorrosivo etc.). Las características principales que refrigerante de corte maquinado son:
debe
cumplir
un
1.- Su función es la de controlar la temperatura, ayudar a mantener en temperaturas bajas los elementos de corte a maquinar. Debe tener una baja viscosidad y un elevado calor específico, todo esto para obtener la mejor ventaja en mantener la baja la temperatura. 2.- Cubrir las piezas de corte y las piezas a maquinar contra la corrosión y oxidación. 3.- Servir como Lubricante en las piezas de corte y las piezas que son maquinadas para evitar desgastes innecesarios. 4.- Limpiar el área de corte de virutas, polvo y escoria que se pueda juntar. 5.- Disminuir la energía utilizada por la herramienta de corte para realizar el trabajo de maquinado. 6.- Ayuda a tener un mejor acabado a las piezas maquinadas.
Las refrigerantes de corte de maquinado deben tener las siguientes propiedades: Dentro de los fluidos de corte más utilizados se citan los siguientes: 1. Refrigerante hecho a base de aceites minerales. En los cuales se encuentran los aceites derivados del petróleo, estos aceites tienen un buen poder refrigerante y de protección contra la oxidación, pero tienen poco poder lubricador. Su uso es en maquinados de aleaciones ligeras y de rectificado. 2. Refrigerante de corte hecho a base de aceites animales. Algunos de ellos son el aceite del sebo animal y otros que se obtienen de otros animales, tienen la característica de ser buenos en lubricación y ser refrigerantes, pero no protegen contra la oxidación. 3. Refrigerante de corte elaborado a base de aceites emulsionables. Se obtienen mezclando el aceite mineral con agua en varias proporciones. 4. Refrigerantes hechos a base de aceites vegetales. Son aceites obtenidos a partir de semillas o plantas y tienen la característica de ser buenos en lubricación y en ser refrigerantes, pero no protegen contra la oxidación. (Siamex 2011)
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Actividad de análisis y comprensión
