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• Esteban A. Barragán

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3. Métodos de Acabado El acabado superficial y la precisión dimensional de los dientes de engrane pueden no ser suficientes para ciertas aplicaciones. Además, los engranes pueden ser ruidosos y sus propiedades mecánicas, como la vida de fatiga, pueden ser deficientes. Se dispone de varios procesos de acabado para mejorar la calidad superficial de los engranes. La elección del proceso está determinada por el método de fabricación usado, y de si los engranes se han endurecido por tratamiento térmico. El tratamiento térmico puede causar distorsiones en las partes. En consecuencia, para tener perfiles precisos de dientes, los engranes tratados térmicamente se deben someter a las operaciones adecuadas de acabado. Desbarbado (Rasurado)

El rasurado consiste en el arranque de virutas con un espesor de 0,005 a 0, 1mm de los flancos de los dientes de ruedas dentadas no templadas con una herramienta especial, por el método de rodamiento. En los flancos laterales de los dientes tallados se deja un margen de 0,1 a 0,25mm para esta operación de acabado. Se utiliza una herramienta de corte que se caracteriza por su forma de engrane con dientes rectificados, esta herramienta hermanará perfectamente con el engrane a ser procesado Los dientes del desbarbador tienen serraciones con forma rectangular a lo largo del perfil los cuales al entrar en contacto con el engrane, cortan pequeñas cantidades de material en forma de hilos delgados; de ahí proviene el nombre de “desbarbador”, en otras partes del mundo, se conoce como “afeitador” o “rueda de rasurado”. La afeitadora arranca la capa de metal de la superficie que se elabora sólo cuando sus dientes, durante el proceso de elaboración, se deslizan a lo largo de los flancos de los dientes del semiproducto. Para facilitar esto, la rueda afeitadora y el semiproducto se instalan en la máquina de modo que sus ejes se crucen bajo un ángulo determinado; los mejores resultados se obtienen para ángulo entre 10º y 15º.

Principalmente, el desbarbador se utiliza para obtener un mejor acabado superficial a los dientes de los engranes y además, para proporcionarles las tolerancias y dimensiones finales requeridas. Esta herramienta se utiliza posterior a los procesos de generado o tallado en donde las superficies en los dientes son obtenidas con un acabado burdo y por consecuencia, las tolerancias no están bien definidas. En la figura siguiente, se aprecia cómo se realiza el proceso de desbarbado el que en general, es sencillo en su operación. Únicamente se hermanan ambas partes: engrane y herramienta, el desbarbador está acoplado a la

transmisión de la máquina y al girar transmite movimiento al engrane, se hace girar en un sentido mientras se desplaza a lo largo de la cara del engrane y al final del recorrido, el giro se invierte regresando al punto de origen. Este proceso se repite por lo normal 4-5 veces dependiendo de la cantidad de material a remover, las capacidades máquina y el acabado superficial que se quiera obtener.

Figura. Proceso de desbarbado Este proceso podría entenderse como una transmisión simple entre engranes sin embargo, la diferencia radica en que mientras en una transmisión de engranes hay un claro de hermanamiento o “backlash”, en el desbarbado no existe este espacio, la herramienta y el engrane están en contacto total y en cada recorrido de la herramienta, se incrementa este contacto, este depende de la cantidad de material a remover en cada recorrido, definido por los aspectos mencionados en el párrafo anterior. Aunque el proceso de rectificado provee mejores acabados superficiales, tolerancias más cerradas y mejor repetitividad; el desbarbado es más económico y la herramienta se puede modificar en su geometría para el proceso de engranes con variantes en ángulos de presión lo que hace a la herramienta más versátil que una rueda de rectificado. Los desbarbadores se fabrican en aceros rápidos (M2, M4) y también se utiliza el acero sinterizado (PMM4) para obtener mejor desempeño. Entre los desarrollos de la empresa Nachi se encuentra el uso de aceros fundidos con estructura más homogénea (FM23A) el cuál permite obtener mayor vida útil. En este campo de aplicación no se ha demostrado que el uso de aceros sinterizados o con recubrimientos permita una reducción en costos de operación por lo que se han seguido utilizando únicamente los materiales mencionados anteriormente.

Pulido Se debe utilizar el pulido para dar la forma final a los dientes después del termotratamiento. Se pueden corregir los errores de distorsión debidos al templado. Cuando se tallan, debe dejarse suficiente material sobre la superficie del diente. Algunos engranajes de dentadura fina se hacen a partir de lingotes de acero fundido. El pulido es un proceso que produce un acabado superficial liso y lustroso. Su mecanismo básico es el ablandamiento y extendido de las capas superficiales debido a calentamiento por fricción, que se desarrollo

durante el pulido y la remoción a escala muy fina mediante abrasivos de la superficie de la pieza de trabajo. La apariencia brillante de las superficies pulidas se produce por la acción de extendido. El pulido se realiza por medio de discos o bandas fabricadas con textiles, cuero o fieltro, que comúnmente se recubren con polvos finos de oxido de aluminio o diamante. En el pulido de dos caras se fijan pares de almohadillas en las caras de los platos que giran en forma horizontal y en direcciones opuestas. Las partes con formas irregulares, esquinas afiladas, recesos profundos y proyecciones puntiagudas pueden ser difíciles de pulir. Pulido químico-mecánico El pulido químico-mecánico (CMP, por sus siglas en ingles) es de gran importancia en la industria de los semiconductores. El proceso se muestra en la figura y utiliza una suspensión de partículas abrasivas en una solución acuosa con una química seleccionada para generar una corrosión controlada. Por lo tanto, este proceso retira material de la pieza de trabajo mediante los efectos de abrasión y corrosión combinados. Los resultados son una superficie de acabado superficial excepcionalmente fino y una pieza de trabajo muy plana. Por esta razón, es frecuente hacer referencia a dicho proceso como planarizacion química-mecánica. Una aplicación importante de este proceso es el pulido de obleas de silicio. En este caso, la función principal del CMP consiste en pulir una oblea, esta se sujeta sobre un soporte giratorio con la cara hacia abajo y se presiona contra un paño pulido montado en un disco rotatorio. Se puede demostrar que la velocidad relativa del paño es constante a través del disco, ya que si la oblea no estuviera girando, la velocidad cambiaria con el radio. El paño contiene ranuras cuyo objetivo es suministrar lodo de manera uniforme a todas las obleas. Además la rotación del paño asegura que no se desarrolle una capa lineal. Se han desarrollado combinaciones específicas de abrasivos y soluciones químicas para el pulido de cobre, silicio, dióxido de silicio, aluminio, tungsteno y otros materiales. Por ejemplo, para pulir dióxido de silicio o silicio, se alimenta continuamente un lodo alcalino de sílice-colidal (partículas de SiO2 en una solución de KOH o NH4OH) a la interfaz del paño-oblea.

Figura. Esquema de proceso de pulido quimico-mecanico (CMP). Electropulido

Mediante el electropulido se pueden obtener acabados a espejo sobre superficies metálicas; este proceso es el inverso de la electrodeposición. Debido a que no hay contacto mecánico con la pieza de trabajo, el proceso es apropiado en particular para pulir formas irregulares. El electrolito ataca proyecciones y picos sobre la superficie de la pieza a una velocidad más alta que el resto de la superficie, produciendo una superficie lisa. El electropulido también se utiliza en operaciones de rebabeo. Pulido con campos magnéticos En esta técnica, los lodos abrasivos se sostienen con campos magnéticos. Existen dos métodos básicos. El pulido de flotación magnética de las bolas de cerámica, esquematizado en la figura, se llena la cámara con un fluido magnético (que contiene granos abrasivos y partículas ferromagnéticas muy finas en un fluido transportador, como agua o queroseno) por medio de un anillo guía. Las bolas cerámicas se localizan entre una flecha impulsora y un flotador. Los granos abrasivos, las bolas cerámicas y el flotador (que se fabrica con un material no magnético) se suspenden mediante fuerzas magnéticas. Las bolas se presionan contra la flecha de accionamiento rotatorio y se pulen mediante la acción abrasiva. Las fuerzas aplicadas por las partículas abrasivas sobre las bolas son extremadamente pequeñas y controlables, de ahí que la acción de pulido sea muy fina. Debido a que los tiempos de pulido son muy inferiores a los comprendidos en otros métodos de pulido, este proceso es muy económico y las superficies conocidas tienen pocos defectos significativos, en caso de que existan.

Figura. Pulido de bolas y rodillos utilizando campos magnéticos

Lapidado (Lapeado) El lapeado se emplea para el acabo de los flancos de los dientes de las ruedas templadas. La base de este método de elaboración es el proceso acelerado de desgaste de los dientes. Durante el lapeado la rueda dentada que se elabora rueda con una o varias herramientas especiales llamadas lepeadoras, las cuales son en realidad ruedas dentadas de hierro fundido cuidadosamente elaboradas. El lapeado se efectúa en aceite, con el cual se encuentra mezclado el polvo abrasivo. Figura. Esquema del lapeado de una rueda dentada. http://www.youtube.com/watch?v=gCw_fjsaETw http://www.youtube.com/watch?v=gCw_fjsaETw

Empleando el lapeado de los dientes pueden obtenerse ruedas dentadas con un alto grado de precisión, sin embargo este proceso no es muy productivo. Las dimensiones características de las máquinas lapeadoras son el diámetro y módulo máximo de las ruedas que se elaboran. . A veces se tallan dos engranajes conjugados. Se necesita un movimiento relativo adicional en la dirección del eje para el engranaje cilíndrico de dientes rectos y para los dientes helicoidales. Un lapeado excesivo puede ser perjudicial para la forma de la involuta. Figura. Proceso de lapeado de un engrane. Esmerilado Esmerilar significa abrasión, desgastar por fricción o afilar. En manufactura se refiere al arranque de metal por medio de una rueda abrasiva rotatoria compuesta de muchos granos unidos entre sí, actuando cada uno de ellos como punto de corte en miniatura. El proceso de esmerilado tiene las siguientes ventajas: 1.- Obtención de acabados extremadamente lisos y que son adecuados para superficies en contacto y con rozamiento. 2.- La rectificación puede lograr en corto tiempo, acabados de piezas con dimensiones exactas. Es posible maquinar las piezas con facilidad a +,-0.005mm. 3.- La presión para el arranque del metal es mínima, lo que permite rectificar piezas muy frágiles. Las maquinas rectificadoras están proyectadas para el acabado de piezas que tengan superficies cilíndricas, planas o interiores. La clase de superficie a maquinar determina el tipo de rectificadora. El súper acabado de superficie plana se utiliza una piedra abrasiva rotatoria en forma de taza apoyando la pieza en una forma circular que impulsa un mandril giratorio. Puede darse la piedra un movimiento oscilatorio adicional si es necesario. En el esmerilado o rectificado de forma la piedra tiene forma idéntica a la del espacio entre dientes. En la generadora la piedra funciona en forma parecida a la de la fresa generadora.

Figura. Acabado de engranes por esmerilado