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Mecanizado no tradicional (La guía definitiva)

¿Qué es el proceso de mecanizado no tradicional?

En primer lugar, veamos la definición de mecanizado no tradicional.

El mecanizado no tradicional, también denominado "mecanizado no convencional" o "método de mecanizado moderno", suele implicar el uso de energía procedente de la electricidad, el calor, la luz, la electroquímica, la química, el sonido o la mecánica especial para eliminar o añadir materiales.

El resultado es la eliminación, deformación, cambio de propiedades o revestimiento de los materiales.

Mecanizado no tradicional

Desarrollo y definición del mecanizado no tradicional

El mecanizado mecánico tradicional tiene una larga historia y ha desempeñado un papel importante en la producción humana y la civilización material.

Actualmente, la mayoría de nuestros productos se fabrican y ensamblan con métodos tradicionales, como los electrodomésticos (por ejemplo, frigoríficos, lavadoras, aparatos de aire acondicionado), los vehículos de transporte (por ejemplo, coches, trenes, aviones) y las armas y equipos (por ejemplo, pistolas, cañones, tanques, cohetes).

El mecanizado mecánico tradicional implica el uso de energía mecánica y fuerza de corte para eliminar el exceso de metal, lo que da como resultado una pieza con una forma geométrica, tamaño y geometría específicos. rugosidad superficial. En material de la herramienta debe ser más duro que el material de la pieza.

Sin embargo, con el avance de la ciencia y la tecnología, especialmente desde la década de 1950, y la necesidad de productos de alta precisión, alta velocidad, alta temperatura, alta presión y miniaturizados, especialmente en la industria de defensa, la dificultad en el mecanizado de materiales ha aumentado, con más formas complejas y mayores requisitos de precisión dimensional y rugosidad superficial.

Para hacer frente a estos retos, han surgido nuevos requisitos para la industria de fabricación mecánica, incluida la capacidad de mecanizar materiales difíciles de cortar, como aleaciones duras, aleaciones de titanio, aceros resistentes al calor, aceros inoxidables, aceros de temple, diamante, jade precioso, cuarzo, germanio, silicio y materiales no metálicos.materiales metálicos.

Además, se necesitan nuevos métodos de mecanizado para abordar el mecanizado de superficies complejas, como la superficie de conformado estéreo de álabes de turbinas de vapor, turbinas integrales, carcasas de motores y matrices de forja, así como secciones especiales sobre matrices de punzonado y estirado en frío, estriado interno, boquillas de pulverización, rejillas, orificios y ranuras estrechas en boquillas de hilatura.

Para satisfacer estas demandas, los investigadores han estado explorando y desarrollando el mecanizado no tradicional (NTM), también conocido como mecanizado no convencional (NCM), que utiliza energía física (electricidad, magnetismo, sonido, luz y calor), energía química e incluso energía mecánica para afectar directamente a la zona de mecanizado y eliminar, deformar o cambiar el material.

Los métodos de mecanizado tradicionales ya no son adecuados para hacer frente a estos retos técnicos, por lo que el mecanizado no tradicional se convierte en una solución necesaria.

El mecanizado no tradicional (NTM) presenta las siguientes características distintivas:

  • La dureza del material de la herramienta puede ser significativamente inferior en comparación con el material de la pieza.
  • La pieza puede procesarse directamente utilizando fuentes de energía como la electricidad, la energía electroquímica, la energía acústica o la energía luminosa.
  • Durante el mecanizado, las fuerzas mecánicas son mínimas y la pieza apenas experimenta deformaciones mecánicas o térmicas, lo que contribuye a mejorar la precisión del mecanizado y la calidad de la superficie.
  • Se pueden combinar distintos métodos para crear nuevos procesos que aumenten considerablemente la eficacia y la precisión de la producción.
  • Con el desarrollo de nuevas fuentes de energía, se desarrollan continuamente nuevos métodos de NTM.

Debido a sus características mencionadas, la tecnología de mecanizado no tradicional es capaz de procesar materiales, ya sean metálicos o no, con cualquier nivel de dureza, resistencia, tenacidad y fragilidad, y está especializada en el mecanizado de piezas complejas, microsuperficiales y de baja rigidez.

Al mismo tiempo, algunos métodos pueden utilizarse para el superacabado, el acabado espejo y el mecanizado nanométrico (atómico).

Clasificaciones del mecanizado no tradicional

Aún no se ha especificado la clasificación del mecanizado no tradicional. En general, se puede dividir en diferentes formas basadas en la fuente de energía, la forma de función y el principio de mecanizado, como se muestra en la siguiente tabla.

Método de mecanizadoPrincipal forma de energíaForma funcional
Mecanizado por descarga eléctricaMecanizado por deformación EDMElectricidad, Energía térmicaFusión, gasificación
Mecanizado de corte por electroerosiónElectricidad, Energía térmicaFusión, gasificación
Mecanizado electroquímicoMecanizado electroquímicoEnergía electroquímicaTransferencia de iones
Mecanizado por electroconformadoEnergía electroquímicaTransferencia de iones
Mecanizado de chapadoEnergía electroquímicaTransferencia de iones
Mecanizado por haz de alta energíaMecanizado por rayo láserLuz, Energía térmicaFusión, gasificación
Mecanizado por haz de electronesElectricidad, Energía térmicaFusión, gasificación
Mecanizado por haz de ionesElectricidad, Energía mecánicaAbscisión
Mecanizado por arco de plasmaElectricidad, Energía térmicaFusión, gasificación
Corte de material y mecanizado por erosiónMecanizado por ultrasonidosEnergía acústica y mecánicaAbscisión
Mecanizado por flujo abrasivoEnergía mecánicaAbscisión
Mecanizado químicoMecanizado de fresado químicoEnergía químicaCorrosión
Fabricación de placas fotográficasEnergía químicaCorrosión
 
Energía luminosa
 
Proceso litográficoLuz, Energía químicaFotoquímica, corrosión
FotoelectroformadoLuz, Energía químicaFotoquímica, corrosión
Mecanizado de grabadoEnergía químicacorrosión
VinculaciónEnergía químicaEnlaces químicos
Mecanizado por explosiónEnergía química, Energía mecánicaexplosión
Mecanizado de conformadoPulvimetalurgiaEnergía térmicaTermoformado
 
Energía mecánica
Conformado superplásticoEnergía mecánicaSuperplástico
Creación rápida de prototiposEnergía térmicaMoldeo por fusión en caliente
 
Energía mecánica
Mecanizado de materiales compuestosMecanizado por arco electroquímicoEnergía electroquímicaCorrosión por fusión y gasificación
Rectificado mecánico por electroerosiónElectricidad, Energía térmicaTransferencia iónica, fusión, corte
Grabado electroquímicoEnergía electroquímica, Energía térmicaFundición, corrosión por gasificación
Electroerosión por ultrasonidosSonido, calor, electricidadFusión, Abscisión
Mecanizado electrolítico complejoEnergía electroquímica, energía mecánicaAbscisión
Base de corte Mecanizado combinadoEnergía mecánica, acústica y magnéticaCorte

Tipos de procesos de mecanizado no convencionales

Mecanizado por descarga eléctrica (EDM):

Mecanizado por descarga eléctrica

Principio básico:

El mecanizado por electroerosión (EDM) es un método de mecanizado no tradicional que consiste en grabar materiales conductores mediante erosión eléctrica causada por descarga pulsante entre dos polos sumergidos en un líquido de trabajo. Este proceso también se conoce como Mecanizado por Descarga o Mecanizado por Electroerosión. El equipo básico para este método es una máquina herramienta de electroerosión.

Características principales de EDM:

  • Capaz de procesar materiales difíciles de cortar con métodos de mecanizado tradicionales y piezas de formas complejas.
  • En el proceso de mecanizado no interviene ninguna fuerza de corte.
  • Evita defectos como rebabas, marcas de herramientas y estrías.
  • La herramienta material del electrodo no necesita ser más duro que el material de la pieza.
  • El proceso de mecanizado se automatiza fácilmente gracias al uso directo de la electricidad.
  • Requiere la eliminación posterior de la capa metamórfica generada en la superficie en algunas aplicaciones.
  • El tratamiento de la contaminación por humos producida durante la depuración y el tratamiento del fluido de trabajo puede resultar problemático.

Ámbito de aplicación:

  • Mecanizado de moldes y piezas con orificios y cavidades de formas complejas.
  • Mecanizado de diversos materiales duros y quebradizos, como aleaciones duras y acero templado.
  • Procesamiento de agujeros finos profundos, agujeros perfilados, ranuras profundas, hendiduras estrechas y corte de rodajas finas, etc.
  • Mecanizado de todo tipo de herramientas y herramientas de medición como herramientas de corte, placas de muestra y calibradores de anillos roscados.

Mecanizado electrolítico:

Mecanizado electrolítico

Principio básico:

En el mecanizado electrolítico se utiliza el principio de la disolución electroquímica, con la ayuda de un molde como cátodo. La pieza se mecaniza con una forma y un tamaño determinados.

Ámbito de aplicación:

El mecanizado electrolítico es ideal para materiales difíciles de mecanizar y para piezas con formas complejas o paredes finas.

Este método se ha utilizado ampliamente para diversas aplicaciones, como el estriado de cañones de armas, álabes, impulsores integrales, moldes, orificios y piezas perfiladas, biselado y desbarbado.

En muchas operaciones de mecanizado, la tecnología de mecanizado electrolítico ha adquirido un papel significativo o incluso indispensable.

Ventajas:

  • Amplia gama de mecanizado - Casi todos los materiales conductores pueden procesarse mediante mecanizado electroquímico sin verse limitados por las propiedades mecánicas y físicas como la resistencia, dureza, tenacidad o estructura metalográfica del material. Suele utilizarse para el mecanizado de aleaciones duras, aleaciones de alta temperatura, acero templado, acero inoxidable y otros materiales difíciles de mecanizar.
  • Alto índice de producción
  • Buena calidad de mecanizado, especialmente en términos de calidad superficial
  • Puede utilizarse para el mecanizado de paredes delgadas y piezas deformables - No hay contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo, no hay fuerza de corte mecánica, no hay tensión residual o deformación, y sin rebabas ni rebabas durante el proceso de mecanizado electroquímico.
  • El cátodo de la herramienta está libre de desgaste.

Limitaciones:

  • Baja precisión de mecanizado y mecanizado
  • Alto coste de mecanizado. Cuanto menor sea el lote, mayor será el coste adicional por pieza.

Mecanizado por láser:

Mecanizado por láser

Principios básicos:

El mecanizado por láser es un proceso que utiliza haces de luz de alta energía, enfocados por una lente, para fundir o vaporizar materiales y eliminarlos en poco tiempo para lograr el mecanizado.

Ventajas:

La tecnología de mecanizado por láser presenta ventajas como el mínimo desperdicio de material, la rentabilidad en la producción a gran escala y la versatilidad en el mecanizado de objetos. En Europa, la tecnología láser se utiliza mucho para soldar materiales especiales, como carrocerías de automóviles de alta calidad, alas de aviones y fuselajes de naves espaciales.

Ámbito de aplicación:

Como aplicación más utilizada, las tecnologías de mecanizado por láser incluyen principalmente soldadura láser, corte por lásermodificación de superficies, marcado por láser, taladrado lásermicromecanizado y deposición fotoquímica, estereolitografía, grabado por láser, etc.

Mecanizado por haz de electrones:

Mecanizado por haz de electrones

Principios básicos:

El mecanizado por haz de electrones (EBM) es el mecanizado de materiales utilizando los efectos térmicos o de ionización de un haz de electrones convergentes de alta energía.

Características principales:

Alta densidad de energía, fuerte penetración, una amplia gama de profundidad de fusión única, gran relación de anchura de soldadura, rápido velocidad de soldadura, pequeña zona de impacto térmico, pequeña deformación de trabajo.

Ámbito de aplicación:

El mecanizado por haz de electrones tiene una amplia gama de materiales mecanizables y puede mecanizar zonas muy pequeñas.

Alcanza una precisión de mecanizado a nivel nanométrico, capaz de mecanizado molecular o atómico.

Tiene una alta productividad, pero el coste del equipo de mecanizado es elevado.

El proceso de mecanizado produce una contaminación mínima.

Es adecuada para el mecanizado de microagujeros y rendijas estrechas y también puede utilizarse para soldadura y litografía fina.

El vacío soldadura por haz de electrones La tecnología de carcasa de puente es la principal aplicación del mecanizado por haz de electrones en la industria de fabricación de automóviles.

Mecanizado por haz de iones:

Mecanizado por haz de iones

Principios básicos:

El mecanizado por haz de iones se realiza acelerando y enfocando la corriente de iones generada por la fuente de iones hacia la superficie de la pieza en estado de vacío.

Características principales:

Gracias al control preciso de la densidad del flujo de iones y de la energía de los iones, se puede conseguir un mecanizado de ultraprecisión a nivel nanométrico, molecular y atómico. El mecanizado por haz de iones provoca una contaminación, tensión y deformación mínimas y se adapta a los materiales procesados, pero tiene un coste elevado.

Ámbito de aplicación:

El mecanizado por haz de iones puede dividirse en dos tipos: grabado y revestimiento.

Mecanizado por grabado:

El grabado iónico se utiliza en el mecanizado del cojinete de aire de giroscopios y ranuras en motores de presión dinámica, con alta resolución, alta precisión y buena constancia de repetición.

Otra aplicación del grabado por haz de iones es el grabado de gráficos de alta precisión, como circuitos integrados, dispositivos optoelectrónicos y dispositivos ópticos integrados.

El grabado por haz de iones también se utiliza para adelgazar materiales a fin de preparar muestras para microscopía electrónica de penetración.

Mecanizado de revestimientos:

El mecanizado por recubrimiento con haz de iones tiene dos formas: la deposición por pulverización catódica y el recubrimiento con iones.

El recubrimiento iónico puede aplicarse a una amplia gama de materiales. Pueden recubrirse películas metálicas o no metálicas sobre superficies metálicas o no metálicas, así como diversas aleaciones, compuestos o materiales sintéticos, materiales semiconductores y materiales de alto punto de fusión.

La tecnología de recubrimiento por haz de iones se utiliza para recubrir películas lubricantes, películas resistentes al calor, películas resistentes al desgaste, películas decorativas y películas eléctricas.

Mecanizado por arco de plasma:

Mecanizado por arco de plasma

Principios básicos:

Arco de plasma El mecanizado por plasma es un método de mecanizado no tradicional para cortar, soldar y pulverizar metal o no metal mediante la energía térmica del arco de plasma.

Características principales:

  • Microhaz de plasma soldadura por arco es capaz de soldar láminas y chapas finas.
  • Tiene un efecto de ojo de cerradura único que permite la soldadura por un solo lado y el conformado libre por los dos lados.
  • En arco de plasma tiene una alta densidad de energía y temperatura en la columna del arco, lo que se traduce en una gran capacidad de penetración. Esto significa que el biselado no es necesario para el acero de 10-12 mm de espesor y completa. penetración de la soldadura y el conformado a doble cara se puede lograr en una sola pasada, lo que se traduce en una rápida velocidad de soldadura, una alta productividad y una mínima deformación por tensión.
  • Sin embargo, el equipo para este proceso es complejo y tiene un alto consumo de gas, por lo que sólo es adecuado para la soldadura en interiores.

Ámbito de aplicación:

Se utiliza ampliamente en la producción industrial, especialmente para la soldadura de cobre y aleación de cobre, titanio y aleación de titanio, acero de aleación, acero inoxidable, molibdeno utilizado en la industria militar y la tecnología industrial de vanguardia, tales como la industria aeroespacial, como la cáscara del misil de aleación de titanio, algunos de los aviones de paredes delgadas contenedores.

Mecanizado por ultrasonidos:

Mecanizado por ultrasonidos

Principios básicos:

Mecanizado por ultrasonidos hace que la superficie de la pieza de trabajo gradualmente romper mediante el uso de frecuencia ultrasónica como la herramienta de vibración de pequeña amplitud y punzón en la superficie procesada por libre abrasivo en el líquido entre él y la pieza de trabajo.

El mecanizado por ultrasonidos se utiliza a menudo para perforar, cortar, soldar, anidar y pulir.

Características principales:

Puede mecanizar cualquier material, especialmente adecuado para el mecanizado de diversos materiales duros, frágiles no conductores, con alta precisión, buena calidad superficial, pero en baja productividad.

Ámbito de aplicación:

El mecanizado por ultrasonidos se utiliza principalmente para la perforación (incluyendo agujeros redondos, agujeros con forma y agujeros curvos, etc.), corte, ranurado, anidado, tallado de diversos materiales duros y quebradizos, tales como vidrio, cuarzo, cerámica, silicio, germanio, ferrita, piedra preciosa y jade, desbarbado de piezas pequeñas en lotes, pulido de la superficie del molde y rectificado de la muela abrasiva.

Mecanizado químico:

Mecanizado químico

Principios básicos:

El mecanizado químico utiliza soluciones ácidas, alcalinas o salinas para corroer o disolver el material de las piezas con el fin de obtener la forma, el tamaño o la superficie deseados de la pieza.

Características principales:

  • Puede procesar cualquier metal materiales que se pueden cortarlibre de dureza, resistencia.
  • Es adecuada para el mecanizado de grandes superficies y puede procesar muchas piezas al mismo tiempo.
  • La rugosidad superficial alcanza Ra1,25~2,5μmsin tensiones, grietas ni rebabas.
  • Fácil de manejar.
  • No apto para el mecanizado de ranuras y orificios estrechos
  • No es adecuado para eliminar defectos como rugosidades superficiales y arañazos.

Ámbito de aplicación:

  • Adecuado para el aclareo de grandes superficies;
  • Adecuado para el mecanizado de orificios complejos en piezas de paredes finas

Creación rápida de prototipos:

Creación rápida de prototipos

La tecnología RP es una integración y un desarrollo de la moderna tecnología CAD/CAM, la tecnología láser, la tecnología de control numérico por ordenador, la tecnología de servoaccionamiento de precisión y la tecnología de nuevos materiales. Los diferentes sistemas de prototipado rápido tienen distintos principios de conformado y características del sistema debido a la variación de los materiales de conformado, pero el principio fundamental sigue siendo el mismo, que es "fabricar por capas, construyendo sobre cada capa".

Es similar a un proceso de integración matemática y, visualmente, el sistema de prototipado rápido se asemeja a una "impresora 3D".

Principios básicos:

La integración y el desarrollo de la tecnología RP, basada en la moderna tecnología CAD/CAM, tecnología láser, tecnología de control numérico por ordenador, tecnología de servoaccionamiento de precisión y nuevo material permite la recepción directa de datos de diseño de productos (CAD) y la fabricación rápida de muestras, moldes o modelos de nuevos productos sin necesidad de moldes, cortadores o utillajes.

Como resultado, el uso y la aplicación generalizados de la tecnología RP acortan significativamente el ciclo de desarrollo de nuevos productos, reducen los costes de desarrollo y mejoran la calidad del mismo.

La transición del tradicional "método de eliminación" al actual "método de crecimiento", y de la fabricación con moldes a la fabricación sin moldes, representa el revolucionario impacto de la tecnología RP en la industria manufacturera.

Características principales:

La tecnología RP convierte el complejo mecanizado tridimensional en una serie de mecanizados por capas, reduciendo significativamente la dificultad del mecanizado. Posee las siguientes características:

  • La rapidez de todo el proceso de conformado, que lo hace ideal para el vertiginoso mercado de productos actual;
  • Capacidad de crear objetos tridimensionales de cualquier forma compleja;
  • No se necesitan utillajes, troqueles ni cortadores especiales durante el moldeo, lo que reduce los costes y acorta el ciclo de producción;
  • Alto nivel de integración tecnológica, resultado del avance de la ciencia y la tecnología modernas, y demostración de su aplicación integral, con características distintivas de alta tecnología.

Las características anteriores indican que la tecnología RP es ideal para el desarrollo de nuevos productos, la fabricación rápida de piezas únicas y de lotes pequeños con formas complejas, el diseño y la producción de moldes y modelos, y la producción de materiales difíciles de mecanizar.

Además, es muy adecuado para la inspección del diseño de formas, el ensamblaje y la ingeniería inversa rápida.

Ámbito de aplicación:

La tecnología de prototipado rápido puede aplicarse en los campos de la aviación, aeroespacial, automoción, comunicaciones, tratamiento médico, electrónica, electrodomésticos, juguetes, equipamiento militar, modelado industrial (escultura), maquetas de edificios, industria de maquinaria, etc.

Conclusión

En este artículo, hemos enumerado nueve tipos de técnicas de mecanizado no tradicionales, que podrían servir de guía práctica para quienes deseen conocer el proceso de mecanizado no tradicional, sus ventajas, clasificaciones y mucho más.

¡A un paso!

Iniciar una revolución en la transformación de chapa metálica

4 comentarios en “Non Traditional Machining (The Definitive Guide)”

  1. Practical Machinist me trajo aquí. Sé que es un artículo antiguo, pero me parece fascinante. Enseño fabricación de alta velocidad y es una gran introducción al mecanizado no tradicional. ¿Sería posible obtener un pdf de esto citando la fuente por supuesto? Gracias.

    1. Hola Michael, estoy muy contento de saber que te gusta este artículo. Actualmente no ofrecemos archivos PDF de los artículos en nuestro sitio, sin embargo, se puede leer aquí en cualquier momento, y es GRATIS, siempre lo será.

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