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• Carlos Osmar Soto

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C ARLOS OSMAR SOTO

1.- ¿Qué es un abrasivo?¿que son los superabrasivos? Un abrasivo es una partícula dura, pequeña y no metálica que tiene aristas agudas y forma irregular, es un material que tiene como finalidad actuar sobre otros materiales con diferentes clases de esfuerzo mecánico —triturado, molienda, corte, pulido—. Es de elevada dureza y se emplea en todo tipo de procesos industriales y artesanos. Los abrasivos son capaces de quitar pequeñas cantidades de material de una superficie, mediante un proceso de corte que produce virutas diminutas. Los abrasivos incluyen el óxido de aluminio y el carburo de silicio. Los súper-abrasivos son materiales relativamente costosos, pero efectivos, que poseen una mayor dureza y resistencia a la abrasión. Se usan en procesos de acabado para partes muy duras o con tratamiento térmico. Los súper-abrasivos incluyen el nitruro de boro cúbico y el diamante 2.-¿Cómo es el tamaño de un grano abrasivo en relación con su número? Ya que el grano es el elemento primordial del abrasivo es importante considerar el tamaño que se utilizará. Este, está determinado por el número de malla por pulgada lineal que tiene el tamiz a través del cual pasa el grano en cuestión. Grano grueso sirve para materiales suaves, de desbaste rápido, cuando el acabado no es importante y para abarcar grandes áreas de contacto. Un grano fino sirve para materiales duros, frágiles y quebradizos como aceros, carburos cementados y vidrio, para acabados finos, para pequeñas áreas de contacto y para mantener pequeños perfiles. El tamaño de grano se identifica por su número de grano, que es la función del tamaño de malla; mientras mayor sea el tamaño de grano, mayor será el número de grano. 3.-¿Porqué la mayoría de los abrasivos se fabrican de forma sintética? Para disminuir el desgaste y mejorar el acabado de desbaste. Los metalurgistas están desarrollando aleaciones más y más duras, muchas de las cuales pueden ser moldeadas solamente, en forma sintética, para producir estos abrasivos duros artificiales. La estructura se relaciona con el espaciamiento de los granos abrasivos. Los materiales dúctiles y suaves requieren un mayor espaciamiento para acomodar las virutas relativamente grandes. Un acabado fino requiere una muela con poco espaciamiento intergranular 4.-Describa la características

estructura

de

un

disco

de

rectificado

y

sus

Los elementos básicos que componen los discos de rectificado son: el grano, liga o aglutinante y su estructura. La estructura es la forma en que los granos abrasivos se mantienen unidos mediante un aglomerante que funciona como poste o liga de soporte entre los granos y esta puede ser cerrada, mediana o abierta.

C ARLOS OSMAR SOTO 5.-Explique las características de cada tipo de aglutinante utilizado en los abrasivos •

Vitrificados: son esencialmente un vidrio y también de llaman aglomerante cerámico, en especial fuera de estados unidos. Es el aglomerante más común y su uso está muy extendido. Las materias primas son feldespato (mineral cristalino) y caolines.

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Metálicos: mediante técnicas de metalurgia de polvos los granos de abrasivo (por lo general diamante o nitruro de boro cubico) se pegan a la periferia de una rueda metálica, a profundidades de 6mm o menos. La adhesión metálica se hace bajo alta presión y temperatura

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Hule: el aglomerante más flexible que se usa en las piedras abrasivas es el hule. El proceso de manufactura consiste en mezclar hule crudo, azufre y los granos abrasivos, laminar la mezcla, cortar círculos y calentar a presión para vulcanizar el hule

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Otros aglomerantes: como los de silicato, goma laca y oxicloruro. Sin embargo sus usos son limitados y no se describirán aquí.

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Resinoides: los materiales aglomerantes resinoides son de resinas termo fijas y se consiguen en una amplia gama de formulaciones y propiedades. Como el adhesivo es compuesto orgánico, las piezas que utilizan estos se llaman piedras orgánicas

6.-Describa a) el grado b) la estructura de los abrasivos aglutinados a) El grado de un abrasivo aglomerado es una medida de la resistencia del adhesivo; incluye tanto al tipo como a la cantidad del aglomerante en la piedra, el grado también se llama dureza del abrasivo aglomerado. b) La estructura de un abrasivo aglomerado es una medida de la porosidad (distancia entre los granos. Es esencial tener cierta porosidad para dar lugar a las virutas producidas; en caso contrario interferirían en el proceso de rectificado. La estructura de los abrasivos varía desde densa hasta abierta. 7.- ¿Que causa las chispas en el rectificado? ¿Es útil observarlas? Explique su respuesta. Las chispas generadas al rectificar metales son en realidad virutas que se encienden, debido a la reacción exotérmica (producción de calor) de las virutas calientes con el oxígeno de la atmósfera. Las chispas no aparecen si el rectificado se realiza en un ambiente sin oxígeno. El color, intensidad y forma de las chispas dependen de la composición del metal que se rectifica. Si el calor de la reacción es suficientemente largo, las virutas pueden fundirse, adquirir una forma esférica (debido a la tensión superficial) y solidificarse como

C ARLOS OSMAR SOTO partículas metálicas. Por lo que es importante cuidar un aumento de temperatura excesivo ya que puede provocar el revenido y reblandecimiento de la pieza. Una forma de controlarlo es con fluido de rectificado. 8.-Defina Quemadura Metalúrgica. Durante la fricción del material puede haber un aumento excesivo y producir el quemado de la superficie. El mismo se caracteriza por un color azulado, indicación de que la temperatura causó oxidación. 9.-Explique los mecanismos mediante los cuales se desgastan los discos de rectificado. a) Desgaste por rozamiento del grano.- Este es provocado por la interacción del grano con el material de la pieza de trabajo, que incluye reacciones físicas y químicas. b) Fractura del grano.- Los granos abrasivos son quebradizos, y estas características de fracturas son necesarias para que las nuevas aristas afiladas de corte se produzcan continuamente durante el rectificado. c) Fractura del aglutinante.- Se refiere al rompimiento de la liga que une los granos durante la operación del rectificado. 10. Defina (a) friabilidad; (b) cara de desgaste; (c) relación de rectificado; (d) ajuste y (e) afilado. a) Friabilidad: facilidad con la que los granos abrasivos se fracturan. b) Cara de desgaste: parte de la piedra que entra en contacto con la pieza rectificada cuya función es disipar energía. c) Relación de rectificado. Relación entre el desgaste de la piedra y la cantidad de material de la pieza eliminada. d) Afilado. Proceso de producir aristas filosas nuevas en los granos. e) Ajuste. Proceso de producir un círculo verdadero de la silueta de la pieza para lograr su forma original 11. Explique qué significa un disco de rectificado que actúa blando o que actúa duro Cuando un disco de rectificado actúa blando o suave el desgaste es muy alto, mientras que cuando actúa duro el desgaste es muy bajo tanto en la piedra como en la pieza ya que el desgaste está relacionado. 12.

¿Qué es el rectificado de avance lento y cuáles son sus ventajas?

El rectificado de avance lento es aquel donde se tiene una profundidad de corte del disco hasta de 6 mm y la velocidad de la pieza de trabajo es baja. Es utilizada para mantener bajas temperaturas de la pieza y mejorar el acabado superficial. Los discos utilizan un aglutinante con resina de grado más blando y tienen una estructura abierta. Ventajas.

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Muy alta precisión de remoción La integridad de las superficies resulta de buena calidad Por ser a baja velocidad la pieza no se calienta tan rápido y evita quemaduras.

13.- ¿Cuál es el principio del maquinado ultrasónico? Es un proceso mecánico de formado usado para cortar materiales duros, se quita material de la superficie por micro-despostillado y erosión con granos abrasivos finos en un lodo o pulpa. 14.-Liste las operaciones de acabado que se utilizan comúnmente en las operaciones de manufactura. ¿Por qué son necesarias? Explique por qué deben minimizarse • • • •

Los acabados son los procesos mecánicos con remoción de material como son: Acabado con lima, Pulido/bruñido y Rectificado Los acabados son los Procesos químicos y electroquímicos: Electropulido, Galvanizado Los recubrimientos electroquímicos son: Cromado, Niquelado y Plateado Por último son los recubrimientos como son: Pinturas y esmaltes, Plastisol, Porcelanizado

Los acabados son necesarios principalmente para darle una mejor estética a la pieza maquinada; también sirve para proteger contra la corrosión, eliminar puntos de iniciación de fracturas y aumentar la resistencia a la fatiga, tolerancias y dimensiones muy exactas y eliminar la rugosidad del material 15.- ¿En qué se diferencia el rectificado sin centros del rectificado cilíndrico? En que el rectificado sin centros la pieza de trabajo no se sostiene entre centros ni platos, mientras que en el cilíndrico si los utiliza. 16.-¿Cuales son las diferencia entre los abrasivos recubiertos y los aglutinados? En que los abrasivos recubiertos tienen en su superficie granos en colocación aleatoria y los abrasivos aglutinados en su superficie los granos están controlados y por lo tanto es mejor el corte. 17.- ¿Qué es el agrietamiento por calor en el rectificado? ¿Cuál es su importancia? Son grietas que aparecen en la superficie de trabajo debidas a las altas temperaturas del rectificado. Estas grietas son perpendiculares a la dirección del rectificado. Es importante cuidar este factor ya que disminuye la tenacidad, baja la resistencia a la fatiga y a la corrosión de la pieza de trabajo.

C ARLOS OSMAR SOTO 18.- ¿Cual es el propósito del “Lodo abrasivo” en el pulido químicomecánico? ¿Qué pasa con el líquido? Retirar material de la pieza de trabajo mediante los efectos de abrasión y corrosión combinados. El propósito del lodo es pulir la superficie químicamente reactiva, el líquido se regresa a una solución de hidróxido de sodio 19. Explique el proceso de pulido: Es un proceso que produce un acabado de superficie liso y lustroso. Intervienen dos mecanismos básicos: a) remoción abrasiva a escala fina y b) suavizado y extendido de capas superficiales por calentamiento de fricción durante el pulido. 20. ¿Para qué sirve el pulido? Para mejorar el acabado superficial mediante la remoción abrasiva a escala fina, suavizada y extendida de capas superficiales en la pieza de trabajo. 21. ¿Con que se realiza el pulido? El pulido se hace con discos o bandas de tela, cuero o fieltro, recubiertos con polvo fino de óxido de aluminio o diamante. En el pulido de dos caras se fijan colchonetas en las caras de platos que giran horizontalmente y en direcciones opuestas. 22. ¿Cuál es el pulido químico-mecánico? Es el proceso en el que una superficie químicamente reactiva se pule con lodo de cerámica en una solución de hidróxido de sodio. 23. ¿En qué consiste el electro-pulido? Proceso inverso a la electrodeposición. El electrolito ataca las partes y picos sobresalientes de la pieza, con mayor rapidez que el resto de la superficie, y se produce la superficie lisa. 24. Explique el proceso de pulido con campos magnéticos. Un fluido magnético, conteniendo granos abrasivos y partículas ferromagnéticas extremadamente en un medio portante como agua o querosina, llena una cámara dentro de un anillo de guía. Las bolas de cerámica están entre un eje de impulsión y un flotador (hecho de un material no magnético) están suspendidos todos por fuerzas magnéticas. Las bolas se oprimen contra el eje de impulsión giratorio, y son pulidas por la acción abrasiva. 25. ¿En qué se diferencia el pulido al abrillantado?

C ARLOS OSMAR SOTO En que en el abrillantado se obtiene un acabado superficial uniforme aún más fino que en el pulido. El proceso de abrillantado va después del proceso de pulido. 26. Explique porque pueden necesitarse los tratamientos superficiales para los productos manufacturados • • • • • • • • •

Mejorar la resistencia al desgaste, a la erosión y a la penetración Controlar la fricción sobre las superficies deslizantes de herramientas, dados, cojinetes y correderas de máquinas. Reducir la adhesión Mejorar la lubricación Mejorar la resistencia a la corrosión y oxidación Mejorar la resistencia a la fatiga (rodamientos y ejes con biseles). Reconstruir superficies de componentes desgastados, como herramientas, dados y componentes de máquinas. Modificar la textura superficial Impartir cualidades decorativas (color).

27. ¿Cuáles son las ventajas del bruñido con rodillo? • • • • •

Se usa en diversas superficies planas, cilíndricas o cónicas. Mejora el acabado porque elimina ralladuras, marcas de herramienta y picaduras. Mejora la resistencia a la corrosión, porque no pueden quedar atrapados los productos y residuos corrosivos. El bruñido con rodillo se usa para mejorar las propiedades mecánicas de las superficies, así como su acabado superficial. Se suele usar en componentes de sistemas hidráulicos, sellos, válvulas, espigas y chaflanes en los ejes.

28. Explique la diferencia recubrimiento duro

entre

endurecimiento

superficial

y

El endurecimiento superficial son operaciones en las cuales se calienta el componente en una atmosfera que contiene elementos (como carbono, nitrógeno y boro) que alteran la composición, microestructura y propiedades de la superficie. Las aplicaciones típicas para el endurecimiento superficial son los dientes de engranes, levas, flechas, cojinetes, sujetadores, espigas, placas de embrague automotriz y dados. Y el recubrimiento duro consiste en depositar una capa, orilla o punta relativamente gruesa de metal duro sobre la superficie, con cualquiera de las técnicas de soldadura. Se suelen depositar muchas capas (revestimiento de soldadura). También se puede depositar capas duras de carburo de tungsteno o carburos de cromo y molibdeno, con un arco eléctrico (endurecimiento a la chispa). Se pueden usar aleaciones de metalizado duro en forma de electrodos, varillas, alambre o

C ARLOS OSMAR SOTO polvos. Los usos típicos de esas aleaciones son en asientos de válvulas trépanos de barrenaciones petroleras y dados para trabajo de metal en caliente, las partes gastadas se pueden metalizar para prolongar su duración. 29. Describa los principios de las deposiciones física y química del vapor. ¿Qué aplicaciones tienen? La deposición física del vapor las partículas a depositar se transportan físicamente a la pieza de trabajo en lugar de hacerlo mediante reacciones químicas. Este proceso se realiza al alto vacío y a temperaturas que van de 200 a 500°C. Los tres tipos básicos de deposición física de vapor son: 1.- evaporación al vacio o de arco: 2.- pulverización catódica: 3.- deposición iónica: Esta técnica da buena adhesión en los metales, cerámicos y polímeros. Entre los ejemplos de sus aplicaciones están los cojinetes de cerámica y los instrumentos dentales La deposición química de vapor es un proceso termoquímico que consiste en recubrir el sustrato o pieza de trabajo con nitruro de titanio (TiN) en las superficies mediante el calentamiento entre 950 y 1050°C (1740 a 1920°F) a presión atmosférica, en una atmosfera inerte para después introducir tetra cloruro de titanio (gas en las condiciones de deposición; porque hierve a 134 °C) hidrogeno y nitrógeno a la cámara. Las reacciones químicas producen nitruro de titanio en las superficies de la herramienta. Los revestimientos depositados químicamente suelen ser más gruesos que los depositados físicamente. Entre los ejemplos de sus aplicaciones están los recubrimientos a las herramientas de corte. 30.- ¿Cuál es el principio del electro formado? Este tiene la misma esencia de la electrodeposición ya que utiliza un ánodo (donde se coloca el material que recubrirá la pieza) y un cátodo (donde se colocara el material o pieza a recubrir), así como una solución acuosa y una fuente de voltaje, todo con la finalidad de hacer una reacción química. La principal deferencia se centra en que en el electro formado no se tiene una pieza para ser recubierta, ya que aquí se utiliza un molde o mandril el cual será recubierto por el material a recubrir (zinc, cobre o cualquier otro material que se utilice), después este molde se quitara con mucho cuidado y lo que quedara será el revestimiento como tal, es decir, que el revestimiento mismo es el producto. 31. Explique la diferencia entre electrodeposición y deposición sin electricidad.

C ARLOS OSMAR SOTO Electrodeposición: Proceso de recubrimiento de piezas metálicas, hace uso de electricidad, la pieza se cubre de un metal distinto, ambos materiales se encuentran suspendidos en una solución electrolítica. Básicamente. 1. Del ánodo (metal de recubrimiento) se descargan o salen iones metálicos usando la energía potencial proporcionada por una fuente externa de electricidad. 2. Los iones metálicos se combinan con los iones de la solución. 3. Los iones metálicos se depositan en el cátodo (pieza a recubrir) Deposición sin electricidad se efectúa por reacción química. La aplicación más común es el níquel, aunque también se usa el cobre. En este proceso se reduce el cloruro de níquel (una de sus sales) con hipofosfito de sodio como reductor y se produce níquel metálico, que se deposita en la pieza. Electrodeposición

Deposición sin electricidad

Uso de fuentes eléctricas

No usa electricidad

El recubrimiento es irregular

El espesor uniforme

Se deben evitar ángulos agudos Uso de un electrolito

de

recubrimiento

Es más costoso electrodeposición

que

es la

Puede usarse en piezas plásticas 32.- ¿Cómo se realiza la inmersión en caliente? En el chapeado: La inmersión en caliente es un proceso en el cual un sustrato metálico se sumerge en un baño fundido de un segundo metal; tras la remoción, el segundo metal recubre el primero. El primer metal debe poseer una temperatura de fusión más alta que el segundo. 33.- ¿Qué es una cuchilla de aire? ¿Cómo funciona? Es un sistema de control mediante una corriente de aire o vapor controla el escurrido adecuado para eliminar el exceso de materiales del recubrimiento en caliente. A la salida del baño del metal a recubrir, por encima del metal recubierto con una capa de metal líquido de elevado espesor, se aplica el control del escurrimiento con sistema de boquillas de aire, situado por encima del baño, proyecta una cuchilla de aire (o nitrógeno) sobre el metal recubierto, ajustando así la cantidad de recubrimiento en función del grosor del recubrimiento y otras características, después se enfría el metal.

C ARLOS O SMAR SOTO 34. ¿Qué pruebas superficies? • •

existen

para

determinar

la

limpieza

de

las

Frotar con un trapo limpio y observar los residuos de la tela. Observar si el agua forma una superficie continua sobre la superficie. Si forma gotas individuales, la superficie no está limpia.

35. Describa los sistemas comunes de pintura utilizados en la actualidad en la industria Inmersión, con brocha, aspersión y aspersión electrostática, en la cual las partículas de pintura se cargan electrostáticamente y son atraídas a las superficies, produciendo un recubrimiento de adhesión uniforme 36. ¿Qué es el recubrimiento de conversión? ¿Por qué se le llama así? También llamado primario de reacción química es el proceso de producir un recubrimiento que se forme en las superficies metálicas como resultado de reacciones químicas o electroquímicas. Se llama de esta manera por la conversión de la superficie en óxidos ocasionando un cambio de color 37. ¿Cuáles son las similitudes y diferencias entre la electrodeposición y la anodización? La similitud que presentan estos dos tratamientos es que ambos proporcionan una mejor resistencia a la corrosión Su principal diferencia es el hecho que en la electrodeposición la pieza es cátodo y esta se va a recubrir con otro material en cuyo caso es el ánodo, donde ambos se sumergen en una solución de electrolito; y en la anodización la pieza es el ánodo y se sumerge en una celda electrolítica de baño acido, para convertir la superficie de la pieza en una capa dura de oxido 38. Describa la diferencia entre rociado térmico y rociado de plasma El rociado térmico comprende calentar material en forma de polvo o alambre hasta un estado fundido o semifundido y lanzarlo utilizando un chorro de gas o aire comprimido para depositar una capa en la superficie del componente en cuestión. Este proceso puede repetirse muchas veces permitiendo que el técnico apile una serie de capas. El rociado de plasma es un tipo de rociado térmico en el cual el material a depositar, por lo general como un polvo, a veces como un líquido, se mantiene en suspensión y se introduce en el chorro de plasma, que emana de una antorcha de plasma. En el chorro, donde la temperatura es del orden de 10.000 K, el material se funde y se impulsa hacia un sustrato. Allí, las gotitas fundidas se aplanan, se solidifican con rapidez y forman un depósito. 39. ¿Qué es el revestimiento y por qué se realiza?

C ARLOS OSMAR SOTO Es la colocación de una capa de cualquier material para proteger o adornar su superficie. Y se utilizan para proteger al material de la corrosión, oxidación y otras reacciones físicas o químicas que pueda provocar el ambiente en donde se encuentre el material a revestir. 40.- Estime el espesor de la deposición en la electro-deposición de una esfera de metal solido de 50 mm utilizando una corriente de 10 A y un tiempo de deposición de 2 horas. Suponga que c=0.08 PRINCIPIOS DE LA ELECTRODEPOSICIÓN El recubrimiento electroquímico se basa en dos leyes físicas de Faraday. En resumen y para nuestros propósitos, las leyes plantean que: 1) la masa de una sustancia liberada en electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por la celda 2) la masa del material liberado es proporcional a su equivalente electroquímico (la razón de peso atómico a valencia). El efecto se resume en la ecuación: V = CIt Donde V = volumen de metal recubierto, (cm3); C =.constante de recubrimiento, que depende del equivalente electroquímico y la densidad en (cm3/A s); I= corriente, en (A); t = tiempo durante el que se aplica la corriente, en (seg). El producto It (corriente x tiempo) es la carga eléctrica depositada en la celda y el valor de C indica la cantidad de material chapeado que se deposita en la parte de trabajo catódica. Para la mayoría de los metales chapeados, no toda la energía eléctrica del proceso se usa para deposición; una parte se consume en otras reacciones, tal como la liberación de hidrógeno en el cátodo. Esto reduce la cantidad de metal chapeado. La cantidad real de metal depositado en el cátodo (parte de trabajo) dividida por la cantidad teórica, que proporciona la ecuación anterior, se denomina la eficiencia del cátodo. Considerando la eficiencia del cátodo, una ecuación más precisa para determinar el volumen de metal chapeado es: V = ECIt Donde E = eficiencia de cátodo y los otros términos son iguales a la definición anterior. Los valores típicos de la eficiencia de cátodo E y la constante de recubrimiento C para diferentes metales se presentan en la TABLA 3.6. El grosor de chapeado promedio se determina a partir de lo siguiente:

Donde d = grosor de chapeado, (cm) V = volumen de metal chapeado

C ARLOS OSMAR SOTO A = área de superficie de la parte chapeada, en (cm2). EJEMPLO.- Electrodeposición Se va a recubrir con níquel una parte de acero cuya área de superficie A = 130 cm2. ¿Qué grosor de chapeado promedio se producirá si se aplican 12 A durante 15 minutos en un baño electrolítico con cianuro?

Solución: De la TABLA 3.6, la eficiencia de cátodo para el níquel es E = 0.95 y la constante de recubrimiento C = 3.4 2 x10-5; por lo tanto: Esto se extiende a través de un área A = 130 cm2, por lo que el espesor del

recubrimiento o chapeado promedio es: Con la información recabada anteriormente, podemos pasar a resolver nuestro problema; el cual es el siguiente: 40.- Estime el espesor de la deposición en la electro-deposición de una esfera de metal solido de 50 mm utilizando una corriente de 10 A y un tiempo de deposición de 2 horas. Suponga que c=0.08

C ARLOS OSMAR SOTO Datos: t= 2 hrs.= 7200seg c= 0.08 Solución: Volumen de material recubierto: V= cIt V= (0.08) (10) (7200) V= 5760 cm3 Grosor de chapeado o espesor: D=V/A Dónde: A= 4πr2 A= 4 π (5)2 A= 314.1592 cm2

D= (5760)/ (314.1592) D= 18.3346 cm