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Procesos de Fabricación 1

MAQUINADO POR CHORRO DE AGUA Y CHORRO ABRASIVO

por

Sofia Ivette Santamaria Ramos José Guillermo Casanova Rodríguez Celina Mayte Aguilar Canul

MONOGRAFÍA

Instituto Tecnológico de Mérida

Mérida Yucatán

Junio 2015

Procesos de Fabricación 2

Resumen

El trabajo presentado consiste en proporcionar información acerca de las características y aplicaciones de los maquinados por chorro de agua y chorro abrasivo.

Este tipo de maquinados son procesos de índole mecánica que son utilizados normalmente para aplicar un acabado, corte o limpieza en una pieza de maquinaria.

Se puede decir que existen ciertas ventajas y desventajas, así como ciertas características únicas de este proceso.

A continuación se explicará lo ya mencionado.

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Introducción

La mayoría de los procesos tradicionales de maquinado quitan material formando virutas, o lo hacen por abrasión. No obstante, existen numerosos casos en que estos procesos no son satisfactorios o simplemente no son posibles por alguna de las siguientes razones: • El material tiene dureza o resistencia muy elevada, o el mismo es demasiado frágil • La pieza es demasiado flexible o resulta difícil sujetar las partes • La forma de la pieza es compleja • El acabado superficial y la tolerancia dimensional son muy rigurosos • El aumento de la temperatura y los esfuerzos residuales en la pieza no son deseables ni aceptables. Dado que el uso de procesos avanzados de maquinado ofrece mayores ventajas técnicas y económicas que los convencionales, se procederá a describir el método avanzado del maquinado con chorro de agua y el maquinado por chorro abrasivo.

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CAPÍTULO I Maquinado por chorro de agua

El maquinado con chorro de agua es un método no convencional especialmente para usos donde el calor ejemplo el papel, no es conveniente el uso de un plasma o laser, muy comúnmente usado para la industria alimenticia ya que es muy limpio y no deja residuos, además de la diversidad de formas complejas que se pueden realizar además de que las piezas casi no necesitan un re acabado final. El corte con chorro de agua usa una corriente fina de agua a alta presión y velocidad dirigida hacia la superficie de trabajo para producir un corte. Para éste proceso también se utiliza el nombre maquinado hidrodinámico. El chorro funciona como una sierra y corta una ranura angosta en la pieza. Este haz de agua es capaz de cortar una gran variedad de materiales. Los materiales blandos como las gomas, espumas, compuestos para las juntas de automoción, fibras de pañales e incluso los alimentos se pueden cortar solamente con agua a alta presión. En este caso solo utilizamos la energía cinética del agua para producir el corte.

Características principales.

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1. Utiliza una corriente de alta velocidad de partículas abrasivas en suspensión en una corriente de agua a ultra alta presión (30.000 - 90.000 psi). Que es producida por una bomba de agua intensificador chorro. 2. Se utiliza para el mecanizado de una gran variedad de materiales, incluyendo sensibles al calor, materiales delicados o muy dura. 3. No produce daño por calor a la superficie de la pieza de trabajo o los bordes. Las boquillas se hacen típicamente de sinterizado boruro. 4. Produce una conicidad de menos de 1 grado en la mayoría de los cortes, que pueden reducirse o eliminarse por completo por el retraso del proceso de corte. 5. Distancia de la boquilla de la pieza de trabajo afecta el tamaño del corte y la tasa de eliminación de material. La distancia típica es de .125 "(3,175 mm).

La calidad de los bordes de las piezas de corte de chorro de agua se define con los números del 1 al 5. Los números más bajos indican más áspero acabado de los bordes, los números más altos son más suaves.

Características del proceso. 

El dispositivo consiste en un chorro de agua a presión, cuyo diámetro

de la boquilla oscila entre 0,08 mm a 0,45 mm de diámetro, por el cual, sale una mezcla de agua y abrasivo lanzado a una presión muy elevada, capaz de cortar cualquier tipo de material.  La presión del chorro de agua es otra de las características más importantes del proceso, es aportada por un sistema de una bomba dotada con un intensificador de ultra presión que hacen que ésta pueda llegar hasta 4000 bares de presión, dependiendo del objeto de trabajo.

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

La velocidad de corte es de máxima importancia, y esta dependerá de

factores como la presión de la bomba y la capacidad del intensificador, diámetro de la tobera, cantidad y calidad de abrasivo y del espesor de la pieza. En referencia a valores de velocidad encontramos que todo este sistema de aporte de presión permite que el líquido salga por el orificio a una velocidad de 1000 metros por segundo. 

Este chorro de agua puede cortar todo tipo de materiales, desde

metálicos hasta blandos como un pastel, incluso se utiliza para preparación de superficies como limpiezas de barcos, pintura automovilística o industria aeroespacial. Es un proceso en el cual la generación de partículas contaminantes es mínima, no aporta oxidación superficial y la generación de viruta no es un problema en este caso.

Aplicaciones. Se usa en forma eficaz para obtener tiras de materia prima plana, como plásticos, textiles, materiales compuestos, mosaicos para pisos, alfombras, piel y cartulinas. Se han instalado celdas robóticas con boquillas para maquinado con chorro de agua ensamblada como herramienta de un robot para seguir patrones tridimensionales de corte irregular, por ejemplo para cortar y recortar tableros de automóvil antes del ensamble. En estas aplicaciones, la ventaja es que la superficie de trabajo no se tritura ni quema como en otros procesos mecánicos o térmicos, en consecuencia, la pérdida de material es mínima porque la ranura de corte es estrecha, esto reduce la contaminación ambiental y existe la facilidad de automatizar el proceso usando controles numéricos o robots industriales.

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Una limitación es que no es conveniente para cortar materiales frágiles (por ejemplo, vidrio), porque tiende a resquebrajarlos durante el proceso.

CAPÍTULO II Maquinado por chorro abrasivo

Es un proceso de remoción de materiales que se producen por la acción de una corriente de gas de alta velocidad que contiene pequeñas partículas abrasivas. Características. 

El gas que se añade es seco.



Las presiones van de 25 a 200 lb/pulg2 para pulsar el gas por los orificios de la boquilla.



Tienen un diámetro de 0.003 a 0.040 pulg.



La velocidad va de 500 a 100 pies/min.



Los gases incluyen el aire seco, nitrógeno, dióxido de carbono y el hielo.



Por lo general, el proceso lo realiza un operador en forma manual, quien dirige la boquilla al trabajo, las distancias normales entre la punta dela boquilla y la superficie de trabajo varían entre 1/8 de pulg y varias pulgadas. La estación de trabajo debe contar con ventilación apropiada para el operador.

Abrasivos normalmente usados en el maquinado de chorro abrasivo.

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

El óxido de aluminio (para aluminio y latón) está diseñado para el uso industrial general en operaciones como, lapeado, pulimento, revestimiento refractario para fundición a cera perdida, losetas decorativas antideslizantes y grallanado a presión.



El carburo de silicio (para acero inoxidable y cerámica), es un material extremadamente duro casi como el diamante (dureza: Mohs 9,25) y que no se funde. El carburo de silicio tiene una alta conductividad

y es resistente al choque térmico y a la abrasión y

mantiene su resistencia a altas temperaturas. 

La Perla de Vidrio o micro esfera de Vidrio (para pulido) es un material que por su dureza, redondez y finura permite limpiar moldes con gran rapidez, quedando un acabado terso y brilloso, sin remoción de metal perceptible. Se usa en gran variedad de metales para limpieza o acabados cosméticos.

Proceso.

Se apunta un chorro de alta velocidad de aire seco (o nitrógeno) con partículas abrasivas a la superficie de la pieza El choque genera una fuerza concentrada apta para cortar materiales metálicos y no metálicos, para desbarbar o eliminar esquirlas, o para limpiar una pieza con superficie irregular.

Aplicaciones. Las aplicaciones incluyen la remoción de virutas, el corte y retiro de rebabas, la limpieza y el pulido.

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Los cortes se llevan a cabo sobre materiales duros y frágiles (por ejemplo, vidrio, silicio, mica y cerámica) que están en forma de materias primas delgadas.

CAPÍTULO III Ventajas y Limitaciones

Maquinado por chorro de agua. Ventajas. 

Corta formas casi netas de prácticamente cualquier forma o complejidad de piezas.



Piezas de tipo producción cuando resultan críticos los recortes bajo tolerancias estrictas y complejas.



Reduce el acabado secundario al proporcionar piezas casi netas sin una zona térmicamente afectada.



En el 90% de los casos las piezas cortadas por agua pueden tomarse como piezas terminadas.

Limitaciones. 

No existen muchas, pero por destacar alguna se podría decir que el agua en comparación al corte por plasma es más lento.

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Empresas de la localidad que emplean este proceso: 

Bepensa

Maquinado por chorro abrasivo.

Ventajas. 

El método de maquinado con chorro abrasivo tiende a redondear las aristas agudas en esquinas y pulirlas, como también hacer limpieza en las piezas.

Desventajas. 

La desventaja que presenta es el riesgo causado por las partículas abrasivas suspendidas en el aire.

Empresas de la localidad que emplean este proceso:  

Grupo Comercial Hydra. Grupo Infra

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Conclusiones



En cuanto al maquinado con chorro abrasivo llegamos a la

conclusión de que es un proceso muy importante, y que como futuros ingenieros industriales debemos de conocer los pasos que se llevan a cabo para realizarlo, así como las desventajas que se presentan y los factores que influyen en esto. También es importante conocer los principales abrasivos utilizados en este proceso.



En cuanto al maquinado con chorro de agua concluimos que este

proceso es muy versátil debido a que la naturaleza de la corriente de corte se puede modificar fácilmente y puede utilizarse en casi todas las industrias, hay muchos materiales diferentes que se puede cortar.

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Referencias



Corte con rayo láser y chorro de agua. Disponible en red: http://es.slideshare.net/admerbarriosurbina/corte-con-rayo-laser-ychorro-de-agua?qid=5b8f4153-0557-493e-b7864976edd5a742&v=qf1&b=&from_search=1 Recuperado el: 31 de mayo de 2015

Corte con chorro abrasivo Disponible en red: http://es.slideshare.net/georgeic88/chorro-abrasivo-16003860?related=2 Recuperado el: 31 de mayo de 2015 

Maquinado con chorro de agua. Disponible en red: http://es.slideshare.net/izzy58/maquinado-con-chorro-de-agua?related=1 Recuperado el: 31 de mayo de 2015