Elección de Partículas Abrasivas para Muela de Rectificar: Soluciones Naturales vs. Artificiales

Las partículas abrasivas usadas para muelas de rectificar son de dos tipos: 1. Abrasivo Natural y 2. Abrasivo Artificial. Generalmente, para la mayoría de los propósitos, los abrasivos naturales no se usan debido a ciertas ventajas de los abrasivos artificiales (fabricados).

Abrasivos Naturales:

Estos son producidos por fuerzas incontroladas de la naturaleza.

Los siguientes son los abrasivos naturales generalmente encontrados y usados:

(a) Arenisca o cuarzo sólido

(b) Esmeril (50-60% Al₂O₃ cristalino + óxido de hierro)

(c) Corindón (75-90% Al₂O₃ cristalino + óxido de hierro)

(d) Diamantes

(e) Granate.

Eficiencia de las Partículas Abrasivas:

La eficiencia de las partículas abrasivas depende de:

(i) Pureza

(ii) Uniformidad en composición.

(iii) Dureza – Regla común: la dureza del abrasivo debe ser mayor que la del material de trabajo.

(iv) Tenacidad – Si la muela no es tenaz, las partículas abrasivas se fracturarán fácilmente y el desgaste de la muela será excesivo.

(v) Agudeza de fractura – La mejor acción de corte se obtiene con abrasivos de bordes afilados. Los abrasivos naturales dan bordes redondeados y, por tanto, no son eficientes en corte.

Avances en Partículas Abrasivas:

Ha habido un cambio significativo en el tipo de material de trabajo de blandos hacia materiales duros de rectificar usados para diversas aplicaciones. Cualquier material duro solo puede ser mecanizado o acabado posteriormente por un proceso de rectificado. Estos materiales más nuevos y duros plantean un desafío definido para la muela de rectificar.

Todo esto requiere una mejora significativa en las muelas de rectificar, tanto en términos de especificación de la muela como de técnicas de fabricación.

Algunas de estas mejoras son:

i. Abrasivos más tenaces que permanecen afilados por un período más largo

ii. Abrasivos friables que se re-afilan continuamente para exponer filos de corte más nuevos y afilados

iii. Muela que producen bajos niveles de vibración a velocidades más altas

iv. Tolerancias geométricas más estrictas en las muelas.

Los fabricantes de abrasivos han desarrollado varias soluciones para cumplir con los requisitos anteriores, algunos usando una combinación de abrasivos más nuevos (uno de tales productos es la gama de productos 86A), sistemas de aglomerante mejorados y límites de fabricación más estrictos, resultando en un producto significativamente superior para aplicaciones de rectificado de precisión.

El abrasivo 86A es un abrasivo revolucionario para aplicaciones de rectificado de precisión. Básicamente hay dos familias de abrasivos: Óxido de Aluminio (AlO) y Carburo de Silicio (SiC).

Los abrasivos de óxido de aluminio se usan para aplicaciones de rectificado de materiales ferrosos y el Carburo de Silicio para aplicaciones de rectificado de no ferrosos. Dentro de la familia de abrasivos AlO hay varios tipos basados en su composición química y estructura cristalina.

El AlO monocristalino (denotado como 32A) y el Óxido de Aluminio Blanco (38A) son dos de los tipos más comunes de abrasivos AlO. El 32A es un abrasivo de corte rápido usado para aplicaciones de rectificado de precisión de servicio pesado. El 38A es un tipo de abrasivo friable usado para aplicaciones de rectificado de precisión.

Las propiedades de ambos abrasivos se combinaron para obtener el nuevo abrasivo convencional revolucionario llamado 86A. Este grano tiene la capacidad de retener su filo por un período más largo, resultando en corte más frío y menos daño metalúrgico a la superficie de trabajo. Además, el filo de corte más duradero significa más trabajos entre afilados, reduciendo costos de rectificado.

El abrasivo 86A es el más adecuado para aplicaciones de alta productividad debido a sus propiedades de alta tasa de remoción de material. También ha demostrado ser efectivo en materiales difíciles de rectificar. El abrasivo 86A es el más adecuado para rectificado de aceros de alta velocidad, aleaciones fundidas y fresas, aleaciones de níquel y aceros de alto cromo. La dureza de los abrasivos 86A es del orden de 2150-2250 Knoop, mientras que la dureza de los abrasivos 38A es alrededor de 1900-2100 Knoop.

Un rendimiento comparativo de abrasivos 86A versus 38A se muestra en las Figs. 20.4 (a) y (b). Está claro que la relación de rectificado (definida como la relación del volumen de material removido al volumen de desgaste de la muela) para la muela 86A es más alta sobre un rango de tasas de remoción de material comparada con el abrasivo 38A.

La tenacidad específica del grano es más alta para abrasivos 86A que 38A. Además, la energía de rectificado específica es menor para la muela 86A, ya que para la misma potencia consumida por ambas muelas, el material removido por la muela 86A es sustancialmente mayor. En la cuenta final, la rectificabilidad (definida como la relación de la relación de rectificado y la relación de rectificado específica) de las muelas 86A es más alta que la de las muelas 38A.

Algunas aplicaciones donde los abrasivos 86A han mostrado superioridad significativa son: rectificado de sala de herramientas, rectificado superficial, rectificado de engranajes, rectificado interior, rectificado de pistas de rodamientos y otras aplicaciones de rectificado de forma.

Abrasivo Artificial o Fabricado:

La calidad y composición de estas partículas pueden controlarse fácilmente y su eficiencia es mucho mejor que la de los abrasivos naturales.

Los abrasivos fabricados más comúnmente usados son:

(a) Carburo de Silicio (SiC):

Está disponible en variedad de colores. Una variedad especial de color azul verdoso es muy adecuada para rectificar herramientas de punta. Los nombres comerciales son 'Carborandum', 'Crystolon', 'Electron', etc.

(b) Óxido de Aluminio (Al₂O₃):

Los nombres comerciales para óxido de aluminio fundido son 'Aloxite', 'Alundum' y 'Borolon'. Su forma especial es Al₂O₃ blanco que cuando es puro parece cristal blanco brillante. Es el más adecuado para aceros de herramientas donde la generación de calor por rectificado es baja.

(c) Carburo de Boro.

(d) Nitruro de Boro Cúbico (CBN):

Las muelas CBN se usan para rectificar aceros endurecidos y difíciles de rectificar. Tienen vida larga y altas relaciones de rectificado. La temperatura encontrada en el rectificado es mucho menor y por tanto mucho mejor acabado y calidad de superficie.

Fabricación de Abrasivos Artificiales:

(a) Carburo de Silicio:

En su fabricación, los siguientes ingredientes se mezclan completamente y calientan en horno eléctrico a unos 2320°C por alrededor de 36 horas. Luego, toda la masa sólida se tritura, lava y trata con álcalis.

Se lava de nuevo y finalmente se muele en partículas pequeñas. Estas se tamizan en tamices de diferentes números de malla. Para rectificado fino, se toman partículas (180-200 malla).

Los diversos ingredientes son:

(i) Arena de sílice — 25 partes

(ii) Coque de petróleo obtenido por destilación no destructiva (de forma muy pura) — 34 partes

(iii) Sal común — 2 partes

(iv) Aserrín (polvo de madera) — 12 partes

De estos, la arena de sílice da silicio, el coque de petróleo suministra carbono y el aserrín quema a alta temperatura para dar estructura porosa. Es usualmente de color verdoso negruzco.

(b) Óxido de Aluminio (Al₂O₃):

Se fabrica fundiendo mineral de bauxita (Al₂O₃ hidratado + Si₂O₃ + óxido de titanio) mezclado con coque molido y chatarra de hierro. Esto se funde en horno eléctrico y después de la fusión completa, se tritura, lava, trata con álcalis, lava de nuevo y finalmente se muele y clasifica. Es de color marrón rojizo, y es tenaz y afilado con tendencia a fracturarse fácilmente y así usado para rectificar aceros de herramientas.

Comparación de SiC y Al₂O₃:

(i) Al₂O₃ es más tenaz que SiC pero su dureza es menor. Al₂O₃ es, por tanto, muy adecuado para rectificar materiales de alta resistencia a la tracción (2700 kgf/cm²). Si Al₂O₃ se usa con material de baja resistencia a la tracción, la resistencia ofrecida por el material en la muela será menor. En tal caso, las partículas abrasivas no caen de la muela y se siguen embotando, por lo que el rectificado será pobre. Por eso todos los materiales tenaces como acero de alta velocidad, bronce tenaz y cobre deben rectificarse con Al₂O₃ y no con otros.

(ii) SiC es más duro y más frágil. Si se usa con materiales de alta resistencia a la tracción, se ofrecerá más resistencia por la pieza en la muela y las partículas abrasivas caerán rápidamente debido a fracturas rápidas produciendo un auto-afilado más rápido.

Se usa principalmente con materiales de baja resistencia a la tracción como hierro fundido, puntas de carburo, herramienta de tungsteno y todos los materiales no metálicos como mármol, caucho duro, plástico, cuero, etc. Con estos materiales, las partículas Al₂O₃ más tenaces sufren menos fracturas. La dureza de rayado de partícula SiC es mayor. Una forma especial de SiC se usa para rectificar y reafilar herramientas de punta de carburo cementado.