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No te duermas al volante: cómo elegir la mejor rueda abrasiva para el trabajo

Aunque el rectificado es un proceso complejo, elegir la mejor rueda abrasiva para una aplicación puede ser un proceso sencillo si se aplica la ciencia adecuada. Para eliminar las conjeturas, nos asociamos con los expertos en ruedas abrasivas de Continental Diamond Tool para guiar a los usuarios a través de este proceso.
La tarea se vuelve mucho más sencilla cuando se conocen de antemano detalles como el material a rectificar, el acabado y la tolerancia de forma requeridos, los factores del proceso, las consideraciones de peso y el costo.

 

Material

El material a rectificar —ya sea metal, cerámica, material compuesto u otra sustancia— es el primer factor a considerar al seleccionar el abrasivo de una rueda de rectificado. Los abrasivos convencionales como el óxido de aluminio y el carburo de silicio se han utilizado en la rectificación comercial desde el siglo XIX. Los súperabrasivos son una tecnología más reciente, compuesta de diamante o cBN. Los súperabrasivos sobresalen al rectificar materiales duros con precisión y ofrecen la vida útil más larga de la rueda y altas tasas de remoción para las aplicaciones de rectificado más exigentes. Es importante evaluar cómo las propiedades químicas y físicas de un material —como la dureza y la reactividad— interactúan con los atributos de un abrasivo para identificar la solución más efectiva.

En general, los abrasivos convencionales como el óxido de aluminio o la alúmina de circonio deben seleccionarse para aplicaciones que impliquen el rectificado de aceros y aleaciones de acero, donde la reactividad del carbono puede ser un problema. En cuanto a los súperabrasivos, los expertos recomendarían cBN para el rectificado de acero por la misma razón. Para el hierro fundido, los metales no ferrosos y los materiales no metálicos donde la reactividad no es un problema, los abrasivos de diamante o carburo de silicio suelen ser más efectivos, especialmente con materiales duros. Para una comprensión más profunda de cómo interactúan los abrasivos y los materiales, mira a Jon Vansant, Consultor de Ingeniería de CDT, en el Episodio 4 de The Grinding Chronicles: “Conventional Abrasives vs. Superabrasives.”

[enlace: https://www.cdtusa.net/blog/conventional-abrasives-vs-superabrasives]

Acabado y tolerancia de forma

Los maquinistas dependen de las ruedas de rectificado para lograr el acabado superficial deseado, así como la repetibilidad y precisión de las geometrías de las piezas. Dos factores críticos en este proceso son el tamaño de grano de los abrasivos y el sistema de unión, que mantiene unidos estos granos. Juntos, determinan la capacidad de la rueda de rectificado para cumplir con los requisitos de acabado y tolerancia de forma. Seleccionar el tamaño de grano y el sistema de unión adecuados es esencial para obtener los mejores resultados.

El tamaño de grano se refiere al tamaño de las partículas abrasivas en una rueda de rectificado y afecta directamente el acabado superficial de la pieza. Las partículas más grandes (número de malla menor) generalmente remueven material más rápido, pero dejan una textura más rugosa. Por el contrario, los granos finos (número de malla mayor) remueven menos material por partícula, pero producen un acabado superficial más liso. El tamaño de grano también influye en la tolerancia de forma, ya que las ruedas de grano fino son especialmente útiles para rectificar detalles intrincados en las piezas. Su capacidad de remover menos material por pasada permite una mayor precisión en el conformado.

En cuanto a la tolerancia de forma, el sistema de unión de una rueda de rectificado juega un papel crítico en la precisión. El sistema de unión, que adhiere los granos abrasivos, proporciona la integridad estructural necesaria para realizar operaciones de rectificado de manera eficaz. Diferentes sistemas de unión pueden ajustarse para lograr resultados específicos. Por ejemplo, cambiar la porosidad del sistema de unión vitrificado de las ruedas de abrasivo convencional puede mejorar la retención de forma durante el rectificado, lo que permite tolerancias de forma más estrictas.

Las ruedas de rectificado superabrasivas se presentan en varios tipos de unión que pueden personalizarse para mejorar el rendimiento y la precisión. Su dureza, resistencia al desgaste, eficiencia de corte y retención de forma permiten obtener resultados consistentes en aplicaciones exigentes. Ajustar el sistema de unión puede potenciar estas propiedades, mejorando aún más el rendimiento de la rueda para necesidades específicas. Cuando se requieren formas precisas, seleccionar el tamaño de abrasivo y el tipo de unión correctos es fundamental para mantener tolerancias geométricas estrictas, garantizar precisión y cumplir con las especificaciones de la pieza.

Los tipos de unión superabrasiva más comunes y algunas de sus características clave se enumeran a continuación. Para aprender más, mira el Episodio 6 de The Grinding Chronicles de CDT sobre los tipos de unión para ruedas de rectificado superabrasivas.

[enlace: https://www.cdtusa.net/blog/common-bond-systems-in-grinding]

Electrodepositada: Corte rápido, libre y alta remoción de material, ideal para piezas complejas
Vitrificada: Alta eficiencia, mecanizado autónomo y rectificado fino
Metálica: Larga vida útil, ideal para vidrio y cerámica
Resina: Fácil de usar, bajo costo, muy versátil
Híbrida: Larga vida de la rueda y largo intervalo de afilado, alta precisión

Por supuesto, no todas las aplicaciones requieren el acabado y la tolerancia de forma de las ruedas de cBN y diamante. Las ruedas de abrasivo convencional tienen un menor costo inicial y son suficientes para muchos trabajos de rectificado.

Factores del proceso

Elegir la mejor rueda de rectificado también requiere comprender los factores clave del proceso que afectan el rendimiento y la eficiencia del rectificado. Posiblemente, el factor de proceso más importante es la tasa de remoción de material, también conocida como Q-prime, que se expresa como el volumen cúbico de material removido de la pieza por unidad de tiempo por unidad de ancho de contacto de la rueda, es decir, (mm³/s)/mm. Q-prime se calcula multiplicando la profundidad de corte por la velocidad de avance. Un valor más alto de Q-prime se traduce en operaciones de rectificado más rápidas y ciclos más cortos. Sin embargo, valores excesivamente altos de Q-prime pueden causar desgaste excesivo de la rueda o mala calidad superficial, reduciendo la eficiencia general del proceso.

Por lo tanto, optimizar la tasa de remoción de material implica equilibrarla con otros parámetros críticos, como la relación G (grind ratio). La relación G es el volumen de material removido de la pieza dividido por el volumen de desgaste de la rueda. Una relación G alta indica un rectificado eficiente; se remueve más material con menos desgaste de la rueda.

La velocidad de la rueda y la aplicación de refrigerante son otros factores que influyen en la tasa de remoción de material. Las velocidades altas de la rueda pueden aumentar su desgaste debido a la elevación de la temperatura. Por lo tanto, lo ideal es encontrar una velocidad óptima que maximice la remoción de material sin causar desgaste excesivo. Una correcta entrega de refrigerante también es esencial para controlar la temperatura durante el rectificado, lo que contribuye a mantener una alta relación G.

Todos los materiales tienen sus límites. Si se observa que la pieza, la rueda de rectificado o la máquina están experimentando desgaste o daño excesivo, incluso cuando la entrega de refrigerante, la configuración de la máquina y otros parámetros del proceso están correctamente optimizados, puede ser el momento de evaluar la elección de la rueda de rectificado. Aumentar la tasa de remoción de material o prolongar la vida útil de la rueda puede requerir la transición a un tipo de rueda diferente. Ajustar factores como la composición del abrasivo, el tipo de unión o el material del núcleo puede llevar los límites de tu proceso más lejos. Actualizar a una rueda de mayor rendimiento, como pasar de abrasivos convencionales a súperabrasivos, o a ruedas formuladas a medida, puede mejorar la eficiencia, reducir el tiempo de inactividad y, en última instancia, aumentar la rentabilidad.

A medida que las ruedas de rectificado aumentan de tamaño, su peso puede representar un riesgo para la seguridad de los empleados y la integridad de la máquina. Las ruedas de rectificado de abrasivo convencional son una forma sólida de material abrasivo, mientras que las ruedas de superabrasivo unen su abrasivo a un núcleo interno. La elección del material del núcleo influye en el peso. Por ejemplo, un núcleo de acero utilizado en una rueda de gran diámetro para rectificado externo o creep feed podría hacerla demasiado pesada para manipularla de manera segura y generar un estrés excesivo en la máquina. En cambio, una rueda con núcleo de fibra de carbono o aluminio es una opción más práctica debido a su menor peso. Para un análisis más profundo de la ciencia detrás de la selección del cuerpo de la rueda, mira al Gerente de Ingeniería de CDT, Jeff Wirth, en el Episodio 10 de The Grinding Chronicles.

 

The Grinding Chronicles Episodio 10

Costo

El costo de una rueda de rectificado suele ser un factor a considerar durante el proceso de selección, y con razón. Una rueda convencional de óxido de aluminio puede costar entre $300 y $500, mientras que esa misma rueda hecha con superabrasivos podría costar $5,000. Sin embargo, al evaluar el costo por pieza, esta perspectiva puede cambiar completamente. Al realizar un análisis de costos, es probable que la pieza resulte significativamente más económica de producir con la rueda superabrasiva, siempre que el operador utilice la tecnología de manera óptima. Si un operador con menor experiencia tiene más probabilidades de dañar una máquina, es menos costoso perder una rueda de $500 que una de $5,000. Como en todo, es importante considerar todos los factores.

Estas pautas proporcionan un buen marco para elegir la mejor rueda de rectificado, pero este consejo se implementa mejor al colaborar con expertos en rectificado como UNITED GRINDING North America y Continental Diamond Tool. Háblanos sobre tu aplicación y te ayudaremos a seleccionar la rueda de rectificado ideal, junto con la máquina de rectificado de precisión adecuada.

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