Presentacin de PowerPoint

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA MECANICAMaquinado Qumico

Curso : sistema de produccinDocente : Dr. Vctor Alcntara

Integrantes : Bautista Ortiz Eduardo Rojas Flores scar UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

MAQUINADO QUIMICOIntroduccinEl mecanizado qumico es un proceso no tradicional en el cual ocurre una remocin de materiales mediante el contacto con substancias de ataque qumico fuerte. Las aplicaciones dentro el proceso industrial empez poco despus de la segunda guerra mundial en la industria de las aeronaves. El uso de materiales qumicos para remover secciones no deseadas de trabajo se aplican en varias formas y se han desarrollado trminos distintos para diferenciar las aplicaciones.

ANTECEDENTESSe utilizo para dar forma al cobre con cido ctrico en el Antiguo Egipto en 2300 AC.En 1826 J.N. Niepce fue el primero en utilizar un foto protector hecho de betn de Judea asfalto para el grabado de peltre (una aleacin de 80 a 90% de estao y el 10-20% de plomo).William Fox Talbot (1852) patent un proceso para el grabado de cobre con cloruro frrico, utilizando una resina fotosensible a base de gelatina bicromatado.John Baynes, en 1888, describe un procedimiento para el material grabado en dos lados utilizando un fotosensible que fue patentado en los EE.UU.

Principio de funcionamientoTeora de Oxidacin - Reduccin

DefinicinUna reaccin de xido-reduccin se caracteriza porque hay una transferencia de electrones, en donde una sustancia gana electrones y otra sustancia pierde electrones:La sustancia que gana electrones disminuye su nmero de oxidacin. Este proceso se llama Reduccin.La sustancia que pierde electrones aumenta su nmero de oxidacin. Este proceso se llama OxidacinEjemplo:

Cu+ 2 + Zn0>Cu0+ Zn+ 2

La ecuacin qumica nos indica que durante el proceso el tomo de zinc, que era elctricamente neutro, se ha transformado en el in Zn+2. Para esto, tuvo que ceder 2 electrones; en cambio, el in Cu+2 acept los 2 electrones del zinc, que lo convirtieron en un tomo de cobre, elctricamente neutro.

Semi-reacciones de xido-reduccin:

De acuerdo a lo anterior, puede decirse que la reaccin qumica descrita anteriormente involucra dos procesos, los cuales pueden representarse mediante semi-reacciones, una semi-reaccin de oxidacin y una semi-reaccin de reduccin. Como estos dos procesos ocurren simultneamente, la suma de ambas semi-reacciones, da la reaccin total.

Semi-reaccin de oxidacin:Zn> Zn+2 + 2eSemi-reaccin de reduccin: Cu+2+ 2e> Cu

PROCEDIMIENTOLaminado: es una operacin de limpieza para asegurar que el material se remueva de manera uniforme de las superficies que se van a atacar.Enmascarillado : Se aplica un recubrimiento protectoren las zonas que no se quiere atacar qumicamente. Los materiales ms utilizados para los protectores son: neopreno, cloruro de polivinilo, polietileno y otros polmetros.

7Ataque qumico; este el lapso de remocin del material. La pieza de trabajo se sumerge en un material de ataque qumico que afecta a aquellas porciones de la superficie de la pieza que no estn protegidos. En el mtodo normal de ataque, el material de trabajo(por ejemplo un metal), se convierte en una sal que se disuelve dentro del material de ataque qumico, y posteriormente se remueve de la superficie. Una vez que se ha removido el material de ataque qumico y se enjuaga para detener el proceso.4. Desenmascarillado :se quita el protector de la pieza.

ELECCIN DEL MATERIAL

La eleccin del material de ataque qumico depende del material de trabajo que se va a atacar, la profundidad y la velocidad de remocin del material deseado, as como los requerimientos de acabado externo. El material de ataque qumico tambin debe combinarse con un protector compatible para asegurar que dicho agente no afecte al protectorMateriales de trabajo y de ataque qumico, con velocidades de penetracin normales en el trabajo

ACABADO SUPERFICIALEn el mecanizado quimico el acabado de superficie variara con cada material de trabajo.

MAQUINADO QUMICODefinicinEl mecanizado qumico (CHM) es la disolucin controlada de un material de pieza de trabajo por el contacto con un fuerte reactivo qumico.La pieza de trabajo limpiada totalmente est cubierto con una mscara desprendible o protector, resistente qumicamente. El reactivo qumico se agita o la pieza de trabajo debe agitarse durante el ataque qumico para una accin de ataque qumico ms uniforme.

FACTOR DE ATAQUE QUMICOSin embargo muchas aplicaciones requieren profundidades de solo algunas milsimas de pulgada o menos. Junto con la penetracin en el trabajo qumico en las regiones laterales situado bajo el protector.El excedente de corte se relacionara directamente con la profundidad de corte, y este se define como factor de ataque qumico

Fe=u/d Fe= Factor de ataque qumicou= Excedente de corted= Profundida de corte El proceso de ataque qumico consiste en tres pasos : Transporte de masa de los reactivos (a travs de una capa lmite) a la superficie (a ser atacada qumicamente).La reaccin entre los reactivos y la pelcula en la superficie.Transporte de masa de los productos de reaccin travs de la superficie.

La qumica ms comnmente usado para el grabado isotrpico de silicio es una combinacin de cido ntrico y cido fluorhdrico. El cido ntrico acta como un oxidante para convertir la superficie en dixido de silicio y a continuacin el HF ataca qumicamente (disuelve) el xido. La reaccin procede como se muestra a continuacin:

Aunque las ecuaciones anteriores son muy simples, las velocidades de ataque reales de silicio dependen de las proporciones de los productos qumicos en la mezcla y tambin de muchos parmetros de procesamiento.La adicin de unos pocos cidos viscosos a la mezcla de HF y ntrico disminuir la rugosidad del material de manera ms eficiente para la misma tasa de eliminacin.

Ejemplo de ataque quimico al silicio

Para determinado material de trabajo, el excedente de corte se relacionar directamente con la profundidad del corte

Casi todos los materiales se pueden mecanizar qumicamente: sin embargo, la profundidad de corte tiene un lmite prctico de 0,25 a 0,5 pulgadas (6,4 a 12,7 mm). Grandes, reas poco profundas, son especialmente adecuadas para CHM ya que la eliminacin es uniforme y simultnea. No se producen rebabas, ni tensiones superficiales en la pieza de trabajo. Bajo costo de herramientas.La profundidad de corte se controla con el tiempo de inmersin.

Caracteristicas especificas

Figura 13.1-4 A bajo contenido de acido sulfrico y alto contenido de acido ntrico, resultan superficies pulidas lisas y la velocidad de ataque varia de forma directa con la concentracin del acido ntrico.Figura 13.1-5 A alta concentraciones de acido sulfrico y bajas concentraciones de acido ntrico el proceso es muy dependiente de la temperatura y velocidad de reaccin que resulta en la superficies de silicio son muy inestables.

Fresado qumico, es la disolucin qumica controlada del material de la pieza de trabajo por el contacto con un reactivo fuerte . recubrimientos especiales llamados maskants protegen zonas de las que el metal no debe ser eliminado . El proceso se utiliza para producir los bolsillos y los contornos y para eliminar los materiales de las piezas que tiene una alta relacin resistencia-peso .

Fresado Qumico

Las soluciones populares de fresado implican el uso de cido fluorhdrico en concentraciones en cualquier lugar del 1-10%. Soluciones ms diluidas u orgnicos no se grabar el titanio.

Los objetivos de fresado qumico son:

Eliminar sustancialmente el hidrgeno en la superficie del metal, obtener una alta tasa de remocin de metal. producir acabados brillantes lisas.ser compatible con las mscaras de tipo fotorresistente comnmente utilizados en el fresado de titanio .eliminar el caso de oxidacin alpha en el titanio.

Velocidad de ataque de unos 0,02mm/minuto (1-2 mm/hora). Acabado superficial (Ra =2-15 m). La precisin obtenida no es muy elevada, del orden de 0,1mm, debido a que se trata de disminuir el espesor de una gran superficie ms que de un mecanizado de precisin. Las piezas sufren de un ataque lateral, aunque ste no es muy acusado, con un factor de ataque D/a>1.

Debido a los peligros de la manipulacin y el transporte de un cido fuerte, es ms caro de disponer adecuadamente de HF que otros cidos dbiles.

Algunas alternativas para HF son:

cido fluorobrico (HBF4), sulfato de cobre pentahidrato (CuSO4 5H2O), persulfato de amonio ((NH4) 2S2O8) el fluoruro de sodio (NaF).

El cido fluorobrico tiene una velocidad de grabado de aproximadamente 80% de la velocidad de grabado de HF y el sulfato de cobre pentahidratado fue de aproximadamente 30%.

La ventaja de utilizar HBF4 es que el cido no causa fragilizacin por hidrgeno. Por otro lado, HBF4 es ms caro por gramo de HF. Estos cidos no son tan fuertes como HF y tienen velocidades de ataque ms lentos, pero son alternativas ms seguras.

solucin de cido HF/ntricoUna consecuencia importante de grabado de titanio en una solucin de cido es la Fragilizacion por hidrgeno, que es el resultado de la recogida de hidrgeno. El titanio tiene una alta afinidad para el hidrgeno, y es casi imposible evitar que durante el grabado. Para equilibrar la reaccin que se produce, la superficie de titanio recoge iones de hidrgeno cargados positivamente. La capa de molculas de hidrgeno en la superficie del titanio se llama recogida de hidrgeno. El efecto de la recogida de hidrgeno es la Fragilizacion, que es el debilitamiento del titanio. Fragilizacion provoca estrs y fallas por tensin en la parte metlica peligrosa e inutilizable.

Debilitamiento del metal por HidrgenoFormulacin de mecanizado baos de titanio y sus aleaciones debe tener en cuenta el riesgo de debilitar el sustrato puede conducir a la rotura tarda de las partes, debido a la absorcin de hidrgeno.

2 Ti + 6 HF TiF3 + 3 H2

No se puede utilizar sola, porque la superficie es extremadamente mala y la Fragilizacion significativa. La presencia de cido ntrico, ralentizando el ataque del sustrato mejora la rugosidad y evitar que el material presente hidruracin excesiva.

La eficiencia de la baera, o la capacidad para efectivamente realizar el ataque, depende de la concentracin de cido, temperatura de reaccin, y la cantidad de metal disuelto en cido. Cuanto mayor sea la concentracin del cido y ms alta es la temperatura, ms resultara la tasa de eliminacin. La eficiencia del bao de cido es de vital importancia para el grabado adecuado. Como aumenta la concentracin de titanio en el bao, la reaccin procede a aumentar ms lentamente. Esto se debe a un ion de titanio reacciona con seis iones fluoruro.

Eficiencia del bao qumico

Disminucin uniforme, en tiempo (se produce poco a poco) y espacio, del espesor. Por tanto no produce distorsiones en paredes de seccin delgada.

Disminucin progresiva del ataque qumico. Esto puede considerarse una ventaja en caso de que la pieza se deje por descuido en el bao, puesto que llegar un momento en el que la solucin se pasive y no se perder todo el material.

Se pueden conseguir diversas geometras en el espesor cambiando los recubrimientos entre emersin e inmersin en el bao corrosivo.

El tiempo de mecanizado no depende de la superficie de la pieza a mecanizar, sino nicamente de la profundidad deseada

ventajasSolamente los cortes superficiales son prcticos : hasta 12,27 mm para chapas , 3,83 mm en extrusiones y 6,39 mm en las piezas forjadas Fundiciones porosas producen superficies grabadas irregularesLa precisin del proceso es baja, ya que no es una de las finalidades de este proceso.

Los defectos superficiales pueden verse reproducidos sobre la superficie acabada.

Los cortes angulosos nunca se podrn producir con radio nulo, contarn con un radio de acuerdo, y los bordes de corte resultarn afilados.

Desventajas

Mecanizado fotoquimico

En el mecanizado fotoqumico se usa el mtodo de foto resistente para enmascarillar por tanto, el termino se aplica correctamente y el grabado qumico cuando estos mtodos usan resistentes fotogrficos. El mecanizado fotoqumico se emplea en el procesamiento de metales cuando se requieren tolerancias mnimas o patrones complicados sobre partes planas. Los procesos fotoqumicos tambin se usan ampliamente en las industrias electrnicas para producir circuitos complicados sobre plantillas semiconductoras

procesoDatosilustraciones,Dibujos o cad Procesamiento fotograficoFoto herrramirntaFoto protector sobre el metalSeleccin del metalRecubrimiento resina foto resistenteMetal sensibilizadoDesarrollo del metalMetal grabadoProducto terminadoLas caractersticas del materialLa facilidad con la que el material puede ser grabado depende de su composicin qumica, como es esencialmente un ataque qumico, por medio de una reaccin de corrosin qumica controlada. Acero inoxidable, aluminio, cobre y bronce son los metales ms utilizados en este proceso.Seleccin y preparacin de materiales metlicos para PCM

Materiales usados en el maquinado fotoquimico

Pre-tratamiento del metal

Antes de laminado con fotoresistente, el metal es completamente limpiado (alcalina electroltica) para eliminar toda la suciedad, xido, grasas y aceites, de manera que se obtenga una buena adherencia a la foto-resistir.

La exposicin y el Desarrollo

El sustrato de metal laminado, es cubierto con obras de arte(negativos fotogrficos), se expone bajo una fuente de UV

Grabado del metal

Ventajas

Permite la fabricacin de componentes metlicos planos libres de rebabas. la capacidad de manejar materiales muy finos, frgiles o que son difciles de maquinar.El proceso de grabado foto no afecta a las propiedades mecnicas del metal. Metales completamente recocidos permanecen completamente recocidos. Desventajas

requiere operador altamente calificado.requiere equipos ms costosos.la mquina debe protegerse de la accin corrosiva de los ataques de reactivos.APLICACIONES DEL MAQUINADO QUIMICOReduccin del espesor en piezas yamecanizadaspreviamente.Mejora deacabado superficial.En piezasfundidas, para la eliminacin de irregularidades e imperfecciones en la superficie.EnfundicionesdeAluminio, para la mejora de lacalidad superficialy el control dimensional.

En orificios muy pequeos que son menores de 0.005 pulg. (0.125mm) de dimetro. Esto es ms pequeo que el rango de dimetro posible con las brocas para taladro.

Industria aeronutica, para eliminar capas superficiales de material en partes grandes de aviones para la reduccin del peso.

MicrocomponentesCircuitos impresos:Enelectrnica, uncircuito impreso,tarjeta de circuitooPCBes una superficie constituida por caminosopistasde material conductor laminadas sobre una base noconductora. El circuito impreso se utiliza para conectar elctricamente - a travs de los caminos conductores- , un conjunto de componentes electrnicos. Los caminos son generalmente decobre mientras que la base se fabrica de resinas de fibra de vidrio reforzada,cermica,plstico, tefln o polmeros.

Economa del maquinado qumico:Cuando el factor economa es importante, los procesos de mecanizado qumico normalmente son ms ventajosos. La baja en costos de equipos y costos de herramientas de los procesos de mecanizado qumico lo hacen atractivo para cantidades bajas de produccin. Con el fin de desarrollar mtodos de ahorro de costes para el proceso de fresado qumico primero se tiene que determinar qu reas del proceso se podra mejorar.Se hacen preguntas de importancia al tratar de encontrar la manera para reducir el costo del proceso de fresado qumico. Estas preguntas abarcan cada uno de los perodos de vida distinta del proceso cido: la preparacin del bao, el mantenimiento del bao, el uso de la baera, y la sustitucin de la baera.Hay una solucin de cido ms econmico a utilizar en el proceso de fresado qumico?

Si la solucin de cido actual es la mejor o ms viable, qu condiciones son mejores, que condiciones de operacin son aceptables?

Cul es el verdadero costo de reemplazar el bao de cido "gastado" con una solucin de cido nueva?

Otros factores que afectan el costo unitario son el costo de los productos qumicos, el costo de enmascarar el material, el costo laboral de su aplicacin, y el costo de controlar y desechar las soluciones de los reactivo de ataque. Control de los desechos:Una vez usados los reactivos no se los debe de echar al drenaje porque las plantas de tratamiento de agua no pueden degradar la mayora de los qumicos. Los reactivos no utilizados deben ser reciclados en recipientes y lugares que cumplan las siguientes condiciones:

Contenedores resistentes a los qumicos involucrados.Irrompibles.A prueba de fugasColocados en lugares bien ventiladosDeben mantenerse bien cerrados para evitar la presencia de vapores peligrosos