Proceso de Lapping (Lapeado) Explicado: Principios, Tipos, Materiales y Aplicaciones

Hola lector, ¡esperamos que estés bien! En este artículo, vamos a aprender el Proceso de Lapping y sus subtemas como Definición, Principio de Funcionamiento, Tipos, Materiales, Ventajas, Desventajas y Aplicaciones en detalle.

El PDF puedes descargarlo al final de cada artículo.

Así que empecemos.

¿Qué es el Proceso de Lapping?

El lapping es un proceso de mecanizado a baja presión usado para aumentar la precisión dimensional y el acabado superficial de la pieza de trabajo. El proceso de lapping utiliza partículas abrasivas finas para realizar la acción de corte en la superficie de la pieza.

La pieza se frota contra la placa de lapping con la ayuda de una máquina o a mano, con partículas abrasivas en polvo o pasta abrasiva entre medio.

El proceso de lapping suaviza la superficie de la pieza, lo que aumenta la funcionalidad y estética de la misma. También se usa para asegurar el ajuste correcto entre dos piezas y corregir imperfecciones menores.

Principio del Proceso de Lapping

El funcionamiento simple de un proceso de lapping involucra tres elementos: una pieza, una placa de lapping y partículas abrasivas.

Las partículas abrasivas se vierten sobre la placa de lapping y la pieza se frota sobre ella.

Las partículas abrasivas eliminan material microscópico de la pieza cuando se aplica una fuerza durante el movimiento relativo entre la placa y la pieza.

Las partículas abrasivas tienden a reducir o aplanar los picos y valles microscópicos presentes en la superficie de la pieza.

Características del Proceso de Lapping

Las siguientes son las características del Proceso de Lapping:

• El tamaño de grano abrasivo usado en el lapping varía de 120 a 1200 malla según la suavidad superficial deseada.
• El abrasivo usado puede ser en forma de polvo o mezclado con aceites o grasas adecuados llamados vehículos.
• Se elimina una cantidad muy pequeña de material en el lapping, aproximadamente 0,025 mm.
• El proceso de lapping puede hacerse manualmente o con ayuda de máquinas.
• Materiales comúnmente lapeados son materiales duros como el acero.
• La presión aplicada durante el lapping es baja comparada con otros procesos de acabado superficial.

Tipos de Procesos de Lapping

Hay dos tipos de procesos de lapping que se dividen en sus respectivos dominios:

1. Lapping Manual
2. Lapping Mecanizado

#1. Lapping de Superficie Plana

La placa de lapping aquí es de hierro fundido gris. Contiene algunas ranuras para recoger virutas metálicas y partículas abrasivas de desecho.

Se esparcen granos abrasivos del tamaño deseado sobre la placa. Luego la pieza se frota cuidadosamente sobre la placa.

Se añaden más partículas abrasivas de la misma malla cuando se requiere. Se puede usar fluido adecuado si se necesita. El proceso debe ser realizado por un operario calificado.

Una vez finalizado el lapping, la placa debe limpiarse para el próximo uso.

Nota: El uso de exceso de partículas abrasivas puede dañar la placa. Esto puede resultar en un acabado inadecuado del trabajo y fallo de la placa.

#2. Lapping Cilíndrico

Las placas usadas para el lapping de superficies internas y externas de piezas cilíndricas son de hierro fundido dulce, cobre o latón.

Para el lapping de la superficie interna de un cilindro, las placas se ajustan al diámetro interno. Las placas se mueven en movimiento axial aleatorio respecto a la pieza. Esto aumenta el acabado superficial de la pieza y de las placas.

Las partículas abrasivas se mezclan con aceite o grasa en el proceso. Las placas usadas para el lapping de la superficie externa de un cilindro se llaman anillos de lapping. Tienen un tornillo para ajustar a diferentes diámetros.

La pieza a lapear se sujeta en un torno para proporcionar movimiento rotacional. El anillo de lapping se recíproca sobre la pieza rotando. Se pueden usar partículas abrasivas mezcladas con ciertos aceites y grasas.

Proceso de Lapping Mecanizado

Cuando la operación de lapping se realiza usando maquinaria se llama lapping mecanizado. A continuación se listan varios procesos de lapping mecanizado para diferentes tipos de piezas.

#1. Máquina de Lapping Vertical

Un conjunto de lapping vertical consiste en una placa inferior, una superior y un dispositivo de sujeción de trabajo. La pieza se coloca en la placa inferior y se posiciona en un portapiezas. La placa superior se usa para cargar y descargar la pieza.

Partículas abrasivas mezcladas con vehículos tipo pasta se aplican en las placas antes de comenzar la operación. En el caso de lapear una superficie plana, la placa inferior se mantiene estacionaria, mientras que en el lapping cilíndrico la placa inferior puede moverse.

Diversos trabajos se lapean usando máquinas de lapping vertical, por ejemplo, bloques patrón de precisión, rodillos de rodamientos y bolas de rodamientos.

Otro tipo de configuración vertical consiste en una tela abrasiva fijada a la placa inferior. Piezas idénticas pueden lapearse moviendo el portapiezas aleatoriamente. Esto se llama transposición.

Nota: La placa inferior debe estar fija al mecanizar una superficie plana ya que puede volcarse.

#2. Máquina de Lapping Sin Centros

Un lapping de rodillos sin centros consiste en un rodillo regulador, un rodillo de lapping, una pieza y una barra de fibra con muesca en V. El rodillo regulador es accionado por un motor para dar movimiento rotacional al conjunto.

Un rodillo de lapping se usa para lapear la pieza desde la otra dirección. El diámetro del rodillo de lapping es el doble del diámetro del rodillo regulador. Ambos rodillos son de hierro fundido, por su estabilidad y bajo costo.

Los rodillos están unidos con partículas abrasivas. La barra de fibra con muesca en V sujeta la pieza para alimentarla entre los rodillos. La pieza se alimenta en el rodillo a una velocidad muy lenta con movimiento recíproco.

La remoción de material ocurre debido a la acción de las partículas abrasivas de la pieza. Un acabado muy fino de 0,05 micras puede obtenerse con lapping sin centros.

La remoción de material es muy lenta en el lapping sin centros.

#3. Máquina de Lapping Esférico

La máquina de lapping para objetos esféricos tiene una construcción diferente. Se usan dos husillos en el lapping esférico.

La pieza a lapear se une al primer husillo que da movimiento rotacional a la pieza. El otro husillo sostiene la herramienta a un cierto ángulo respecto a la pieza.

También se aplica presión sobre la pieza por el husillo de la herramienta. Tan pronto como se da movimiento rotacional a la pieza, la remoción de material ocurre debido al contacto entre la herramienta abrasiva y la pieza.

#4. Lapping por Cinta

El lapping por cinta usa una cinta hecha de telas abrasivas para el proceso. La cinta es accionada por un motor. Hay dos ruedas para accionar la cinta.

La pieza se toca manualmente a la cinta sobre la rueda. La remoción de material ocurre tras el contacto de la pieza y la cinta en movimiento.

Este es un método conveniente de lapping para trabajos de baja precisión. No hay requisitos para sujetar la pieza.

Abrasivos Usados para el Proceso de Lapping

• Diferentes tipos de abrasivos se usan para lapear diferentes durezas de material.
• Abrasivos para lapear materiales duros generalmente son carburo de silicio y alúmina fundida.
• Abrasivos para lapear materiales blandos son óxido de cromo, alúmina no fundida y granate.

Vehículos usados para el proceso de lapping

Los vehículos para procesos de lapping son generalmente aceites solubles en agua, aceites vegetales, aceites minerales, vaselina o grasas. Los vehículos deben tener las siguientes propiedades:

• Las partículas deben distribuirse uniformemente al mezclarse con el vehículo. No debe contener grumos.
• La viscosidad de los vehículos no debe verse afectada por cambios de temperatura.
• Un vehículo no debe evaporarse a altas temperaturas.
• No debe promover corrosión en superficies metálicas.
• Debe ser no tóxico.
• No debe adherirse a la pieza y poder eliminarse fácilmente por limpieza simple.

Materiales que Pueden Someterse al Proceso de Lapping

Hay diversos elementos, originalmente compuestos, que pueden someterse a un proceso de lapping. Algunos son: hierro fundido, cerámicas, tungsteno, plásticos, compuestos de carbono, acero inoxidable, bronce, caucho y silicio.

Parámetros del Proceso de Lapping

• Velocidad de lapping: Debe variar de 1,5 a 4 m/s para una operación ideal.
• Presión de lapping: Depende de la dureza del material y partículas abrasivas. Varía de 10 a 30 kPa para materiales blandos y hasta 70 kPa para materiales duros.
• Tolerancia de lapping: Es directamente proporcional al tiempo de lapping. A mayor tolerancia, mayor tiempo. También depende del material lapeado:
  • Hierro fundido - 0,2 mm
  • Aleación de aluminio - 0,1 mm
  • Acero blando - 0,05 a 0,1 mm
  • Acero endurecido - 0,005 a 0,02 mm

Ventajas del Proceso de Lapping

Aumenta el acabado superficial de la pieza reduciendo picos y valles en la superficie del material. También da un toque estético a la pieza.

El proceso de lapping también aumenta la vida de las partes acopladas reduciendo la fricción entre ellas.

Aumenta la geometría y dimensiones de la pieza. También asegura un ajuste perfecto entre piezas.

No se desarrollan tensiones térmicas en la superficie de la pieza debido al calor mínimo involucrado.

El proceso puede ser realizado por mano de obra no calificada debido a la simplicidad y ausencia de controles computarizados.

Aumenta el paralelismo entre dos piezas mantenidas paralelas para diversas operaciones de unión.

Desventajas del Proceso de Lapping

El lapping es un proceso costoso ya que la pérdida de abrasivos es mayor. Esto resulta en mayor uso de partículas abrasivas para operaciones de pulido, lo que aumenta el costo de producción.

Otra desventaja es que el proceso es muy lento. La tasa de remoción de metal en el lapping es muy baja. Esto hace que el procesamiento sea lento, disminuyendo la tasa de producción.

La gestión de residuos se vuelve problemática. Se produce gran cantidad de residuos abrasivos. Esto dificulta su eliminación.

Algunos compuestos abrasivos pueden incrustarse en la superficie de la pieza, resultando en daño posterior.

El proceso no se automatiza generalmente; esto resulta en mayor intensidad de mano de obra y aumento del costo de producción.

Aplicaciones del Proceso de Lapping

• Se usa para pulir metales duros y frágiles difíciles de pulir por otros métodos.
• También para mecanizar materiales como vidrio debido a sus bajas tasas de remoción.
• Ampliamente usado para hacer especímenes para pruebas metalúrgicas.
• Usado en fabricación de válvulas por su remoción de material uniforme y precisa.
• Industrias automotrices usan lapping para diversas operaciones de pulido.