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TECNOLOGIA PARA LA FABRICACION II
INDUSTRIAS IINDUSTRIAS I
MAQUINADOS NO TRADICIONALES
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MAQUINADO NO TRADICIONAL
• Desde la segunda Guerra Mundial se han
desarrollado procesos no tradicionales por la
necesidad de:
- Maquinar metales recién desarrollados, con
propiedades especiales a los que no se aplican
métodos convencionales por su tenacidad y su alta resistencia.
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- Geometrías complejas, que no se obtienen
por maquinado convencional
- Evitar daños externos en la zona del
maquinado por tensiones originadas por el
arranque de viruta, etc.arranque de viruta, etc.
- Estos requerimientos han acompañado el
desarrollo de industrias como la Aeronáutica,
Electrónica y Espacial.
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Procesos no tradicionales.
• Se clasifican según la forma principal energía
que usan para remover material.
- MECANICOS: No se usan herramientas de - MECANICOS: No se usan herramientas de
corte convencionales, trabajo por corriente
abrasiva (CHORRO) y/o fluidos
- ELECTRICOS: Usan energía electroquímica
para remover el material (opuesto al electro
chapeado).
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- TERMICOS: Se aplica energía térmica a una
parte muy pequeña de la superficie a trabajar,
remoción por fusión o vaporización del metal
(conversión de energía eléctrica)
- QUIMICOS: Los metales son susceptibles de
ataques químicos por medio de ácidos y otras
sustancias; en el maquinado químico las zonas
que no deben alterarse se protegen con una
mascarilla.
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*MECANICOS*herramienta
vibratoria
1. Ultrasónico: baja amplitud
(Pasta fluida) (0,07 mm)(Pasta fluida) (0,07 mm)
alta frecuencia
(20000 Hz)
2 .Chorro H2O
3 .Chorro H2O abrasivo
4. Chorro abrasivo (corriente de gas)
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1) Ultrasónico:- Herramientas: acero suave y acero inoxidable
- Abrasivos: H2O + Partículas (nitrato de Boro,
oxido de Aluminio, Carburo de Silicio,
Diamante).
Parte removida vs Herramienta = 100:1Parte removida vs Herramienta = 100:1
(usado en cerámicos, vidrio y carburos) Corte de
metales. Ideal para acero inox.y titanio ( 1:1)
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HIDRODINAMICO
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2) HidrodinámicoChorro H2O
- Diámetro de la boquilla: 0,1a 0,4mm (zafiro, rubí o diamante)
- Presión: 60000lb/in² ( 400Mpa)
- Velocidad del chorro: 900m/seg
- Fluido de corte: solución de polímeros- Fluido de corte: solución de polímeros
- Separación e/boquilla y sup.: 1/8 in ó 3,2mm
- Velocidad de corte: 5mm/seg hasta 500 mm/seg
- Plásticos, textiles, mosaicos, alfombras, pieles, papelería, corte 3D (tableros de automóviles)
No es apto para materiales frágiles
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3) Chorro H2O abrasivo
- Generalmente se usa para metales
- Abrasivo: oxido de aluminio, Dióxido de silicio
- Diámetro de la boquilla: 0,25 a 0,63mm
- Presión: 400Mpa
- Distancia: ¼ a ½ la del chorro de agua
- Velocidad de corte: 5 mm / seg.
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4) Chorro de Gas Abrasivo
- Gas seco: aire, helio, nitrógeno
- Diámetro de la boquilla: 0,075 a 1mm
- Presión: 200lb/in² ( 1,4Mpa)
- Velocidad del chorro: 2,5 a 5m/seg
- Distancia: mínimo 1/8 in- Distancia: mínimo 1/8 in
- Abrasivos: oxido de aluminio, carburo de silicio, perlas de vidrio (pulido)
- Diámetro de partículas: 15 a 40μm
No apto para metales
Apto para: vidrio, mica, cerámicas
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*ELECTRICOS*
• Electroquímicos: Retira material de la pieza
(conductora) a trabajar por disolución anódica. La herramienta es el electrodo, están separados por un electrolito, el rápido flujo del baño va limpiando.electrolito, el rápido flujo del baño va limpiando.
• Electrodos: bronce, cobre, aceros inox.
• Esta basado en la ley de Faraday V=C.I.tV=volumen de metal removido (cm³)
I= corriente (amperios)
t= tiempo (seg)
C= cte (velocidad especifica de remocion cm³/A)
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*TERMICOS*
Se remueve el material mediante fusión o
vaporización por temperaturas muy altas
localizadas.
• Electroerosión• Electroerosión
• Haz de electrones
• Rayo láser
• Plasma
• Convencionales
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1) Electroerosión:
Maquinado por descarga eléctrica, Bombardeo de
descargas eléctricas discontinuas (chispas), en
presencia de un fluido dieléctrico que crea la
trayectoria para cada descarga conforme se
ioniza el fluido en la separación de los ioniza el fluido en la separación de los
electrodos.
Herramientas: electrodos y alambre
Electrodos: grafito, cobre, bronce, tungsteno,
plata
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• Las descargas se
generan mediante
un transformador de
corriente directa
pulsante conectado pulsante conectado
a los electrodos y a
la pieza
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Miles de descargas por segundo
generan una erosión gradual
Dos variables importantes:
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• Electroerosión:
- Variables: corriente de descarga
frecuencia
- Si ambos aumentan también lo hace la velocidad de remoción de materialvelocidad de remoción de material
- Si opera a altas frecuencias y corrientes de descarga bajas se obtiene un mejor acabado.
- El excedente de corte es función de la corriente y la frecuencia.
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• Desgaste de la herramienta (100 a 1)
• Elección de electrodos: es función del circuito
del “trafo”, material de trabajo y terminación del “trafo”, material de trabajo y terminación
superficial
• Mayormente el grafito rinde mas por una razón
de desgaste alta.
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• Maquinado por alambre:
- Diámetro del alambre: 0,07 a 0,3mm
- Material: latón, cobre, tungsteno y molibdeno
- Dieléctrico: H2O desionizada, aceite, hidrocarburos
- Aplicación: por boquilla dirigida a la interface
herramienta-trabajo o inmersión.
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• Al igual que con los electrodos existe el exceso
de corte cuyo rango es: 0,02 a 0,05mm
• Ideal para matrices de extrusión, trefilacion
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• Alambres para
electroerosión
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• 1943 LAZARENKO Hnos
En el dieléctrico hay iones libres que bajo la
tensión aplicada a los electrodos se desplazan
hacia los polos opuestos formando un canal
ionizado, que es conductor y origina un pasaje
masivo de corriente. Se origina un plasma que
por elevada temperatura se disocia.por elevada temperatura se disocia.
El plasma esta formado por átomos metálicos (de
los electrodos). Los iones y electrones chocan
con los átomos del dieléctrico (energía cinética
genera calor)
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• La electroerosión sobre los electrodos es
asimétrica, si todo esta correcto el 99,5%
de la erosión ocurre en la pieza y el 0,5%
sobre el electrodo-herramienta
• Tensión de descarga: 15 a 25V (función
de los electrodos y el dieléctrico)
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• La descarga se produce por generadorescuyas funciones esenciales son:
- Generar una tensión suficientemente alta para el comienzo y mantenimiento de las descargas.descargas.
- Limitar la corriente de descarga
- Limitar la duración de la descarga
- Imponer la frecuencia de repetición de las descargas
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El primer circuito utilizado (RC)
Cuando C alcanza la tensión de ruptura entre
electrodo-pieza el liquido se ioniza y C se descarga
bruscamente por el canal ionizado, la descarga es
oscilante y la tensión y corriente se invierten
periódicamente hasta agotar la energía de Cperiódicamente hasta agotar la energía de C
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• La duración de la descarga es fijada por la
frecuencia de oscilación del circuito
• CONTRAS:
- aplicación restringida, desgaste considerable
del electrodo- herramienta
- Oscilación de la descarga- Oscilación de la descarga
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• En 1952 Charmilles duplico la frecuencia
máxima de las descargas del RC usando una
bobina de autoinducción de gran inductancia L
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Para solucionar las variaciones en la distancia de las
chispas y en la rugosidad Charmilles agrego un
diodo limitador D para nivelar los picos de la
tensión de carga del condensador C. Crea el RCLD.
Circuito de relajamiento.
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• Este desarrollo fue necesario para:
- Aumentar la velocidad máxima de erosión
- Aumentar la velocidad de mecanizado,
aumentando la frecuencia de las descargas
• Para interrumpir las corrientes de carga luego de • Para interrumpir las corrientes de carga luego de
cada descarga, para asegurar la desionizacion
eficaz del canal de descarga, y poder recargar el
“C” con una corriente muy elevada; surgió: pulsar
la corriente de carga de los circuitos a través de
“tubos de vacio” o “alternadores”
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- El tercer objetivo fue: descargas controladas electrónicamente desde un mando independiente
• En 1956 Charmilles creo el generador de impulsos controlados (comandados) gracias al transistor de potencia naciendo los impulsos rectangulares regulables, pero las rectangulares regulables, pero las evacuaciones de material se reducían, descargas incompletas y variaba la distancia de la chispa y la calidad superficial. Por lo tanto continuo con el desarrollo e investigación y se llego a un GENERADOR DE IMPULSOS ISOENERGÉTICOS.
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Generador de impulsos.Impulsos Iso-energeticos:
- igual corriente
- igual duración
- Mejoras:
• Extracción de material • Extracción de material bien definida
• mecanizado mas rápido y controlado
• distancia de chispas uniformes
• mejor calidad superficial
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• (1) Detecta la circulación de corriente entre
electrodo y la pieza
• Los transistores de (4) se vuelven conductores
• La tensión Uo es aplicada a través de la
impedancia (6) al electrodo-pieza
• Comienza la descarga
• Brusca caída de potencial entre electrodo-pieza• Brusca caída de potencial entre electrodo-pieza
• Detector da señal a la (2)
• Envío a través de (5) señal de corte de corriente
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2) Haz de electrones• Corriente de electrones a alta velocidad
• Velocidad de la corriente ¾ velocidad de la luz,
enfocan a través de una lente
electromagnética. Se enfoca sobre la
superficie de trabajo
• Diámetro del haz de electrones: 0,025mm
• La energía cinética de los e¯=> energía térmica
• Funde o vaporiza el metal en área localizada
• Se efectúa en cámara de vacio
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• Orificios muy pequeños: φ0,05mm
• Ranuras de 0,025mm
• Equipo costoso
Prestaciones:
- Maquinado- Maquinado
- Tratamiento térmico
- Soldadura
- Alta precisión en cualquier material
- Micromaquinado
- Corte hasta 6,3 mm
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LASER
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3) Rayo LASER(light amplification of simulated emissioned of radiation)
• Es un transductor óptico que convierte energía eléctrica en un haz luminoso, es monocromático y sus rayos son paralelos y a través de un lente óptico convencional concentra sobre un punto muy pequeño. Pueden ser de gas (dióxido de muy pequeño. Pueden ser de gas (dióxido de carbono) y de estado solido.
• Remueve el material mediante la vaporización y desgaste
• Taladra orificios de φ0,02mm
• Mayor control para orificios mayores, para corte de los contornos.
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• Punto de focalización entre 0,15 a 0,5mm
• Densidad de potencia 1x10^6vatios/cm²
Factores que influyen en el proceso
- Material vs espesor
- Características del haz incidente
- Vel. De avance
- Lentes de focalización
- Posición del punto focal
- Gas de asistencia
- Sistema de movimiento relativo
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Corte por laserMedio activo: Amplificador óptico (haz de luz coherente)
que se amplifica por la emisión estimulada, obteniéndose un haz de gran intensidad. Puede ser un gas, un liquido, un sólido o un semiconductor.
• GAS: (CO2, N2,He) Excitación por corriente eléctrica que atraviesa la mezcla gaseosa, líder en aplicación industrial. Potencia:5000vatios- 75 KVA.Potencia:5000vatios- 75 KVA.
• ESTADO SOLIDO: (YAG-Nd) Este medio es un cristal con iones de impurezas; cristal de granate (G), itrio (Y) y aluminio (A). Diversidad de aplicaciones: corte soldadura, taladrado etc. Relevancia en aplicaciones científicas y medicinales.
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• Mecanismo de excitación: fuente que excita o “bombea” átomos del medio activo, desde estados de baja energía a estados excitados (mayor energ)
Láseres de: gas y semiconductor, excitación eléctrica
estado sólido y liquido, excitación óptica
(lámparas tipo flash)
• Resonador óptico: par de espejos en cada extremo del medio activo para hacer rebotar la radiación a través medio activo para hacer rebotar la radiación a través del medio activo, dejando salir parte de la energía a través de unos de los espejos parcial transparente.
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• POTENCIA DE SALIDA:
A mayor potencia, mayor será la velocidad de
procesado y la capacidad de cortar secciones mas
gruesas de material.
• POLARIZACION: el frente de corte en el material
tiene un haz con un ángulo de incidencia grande,
casi rasante, la absorción de la energía LASER casi rasante, la absorción de la energía LASER
influye en la calidad, ya que existe gran diferencia
de reflectancia. El haz se polariza
circunstancialmente para que se comporte
uniforme en todas las direcciones de corte.
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VENTAJAS
• Proceso sin contacto mecánico
con la pieza
• Fácil automatización
• Reducido surco de corte
(0.1/0.5mm)
• Reducida zona afectada por
DESVENTAJAS
• Costo elevado
• Limitaciones según el espesor
(15/20mm)
• A mayor espesor menor
calidad
• Reducida zona afectada por
calor en el borde del corte
• Alta velocidad de corte
• Posibles corte de perfiles muy
agudos
• Corta gran diversidad de
materiales independiente de
la dureza
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automatización
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(4)PLASMA
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Plasma
• El plasma es un gas supercalentado eléctricamente e ionizado en forma de corriente, que opera a temperaturas de 10000 a 14000°C y corta por fusión
• Plasma: Gas ionizado (cuarto estado de la • Plasma: Gas ionizado (cuarto estado de la materia)
• El arco del plasma se genera entre un electrodo de tungsteno (-) dentro de la torcha y la pieza de trabajo (+). La boquilla es enfriada por gases,los usados son N2, Argón con N2 y CO2-N2 , O Agua arriba de 150 A.
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Corte por plasma(Plasma arc cutting)
• Es un proceso de corte térmico, utiliza in
intenso calor que proviene de un arco
eléctrico para fundir virtualmente cualquier
metal; el metal fundido es arrastrado por el metal; el metal fundido es arrastrado por el
flujo de gases a alta velocidad a través del
canal originado. El haz de plasma debe
penetrar totalmente en la pieza, razón que
obliga a usar altas intensidades de corriente.
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• El estado del plasma puede encontrarse en fenómenos naturales como:
- Radiación estelar
- Capa ionosfera
- Descargas eléctricas en gases
- Reacciones termonucleares (núcleo solar)
- Ondas de choque- Ondas de choque
- Tubos fluorescentes.
POTENCIA EN LOS EQUIPOS
Baja potencia: menor a 30 A
Mediana potencia: 30/100 A
Alta potencia: 100/1000 A
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Detalles de el “soplete y la pieza de trabajo”
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• La REFRIGERACION de la antorcha por encima de
150 A es siempre por H2O. El gas secundario
rodea al chorro de plasma para confinar el “arco”
y limpiar el canal de metal fundido
• Gases utilizados
Son importantes por aspecto técnico y por costo Son importantes por aspecto técnico y por costo
para la operación; influyen en el tipo de
electrodo a utilizar, energía calórica,
transferencia de la misma, estabilidad del arco,
longitud, intensidad, material a cortar, tipo de
equipo (seco o en agua).
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• Para plasmas secos, los gases que se emplean son:
- Aire comprimido: el mas barato, pero hay que cuidar la oxidación
- Oxigeno: es el mas recomendado para el acero al carbono
- Nitrógeno: muy apropiado para inoxidables y - Nitrógeno: muy apropiado para inoxidables y aluminio
- Argón+hidrogeno: (70%+30%) Gran capacidad de corte para altos espesores es lo mejor para ac.inox., en espesores superiores a 12/15mm. Produce menos humos y favorece el medio ambiente, pero es 3 veces mas caro que el N2.
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Los consumos de gas están comprendidos entre 47 y
120 lts/min
Gas Plasmágeno Gas Protector
Aire Comprimido Aire comprimido
Oxigeno Aire comprimido
Nitrógeno Aire ó CO2
Argón + Hidrogeno Nitrógeno
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Espesor vs precisión
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EFECTOS METALURGICOS
- Se origina una zona afectada por el calor del
corte que en muchos casos obliga a un
maquinado posterior
- Si el material que se corta debe ser precalentado
para soldar debe precalentarse para cortar
- En 25 mm de esp. Ac.inox.,afecta 0,13mm- En 25 mm de esp. Ac.inox.,afecta 0,13mm
pero en condiciones no adecuadas llega a
2 ó 5 mm.
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• Calidad del corte
- Sangría: 1,5 a 2 veces el diámetro del orificio
de la boquilla y se relaciona con el espesor de
la chapa
- Acero inox. Austenitico de 25mm sangría
de 5mmde 5mm
180mm sangría de 25mm
• Angulo del bisel
Angulo de 4/8° en antorcha de flujo laminar
Angulo de 1/3° en antorcha de flujo turbulento
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• REDONDEO:
Se debe a la alta concentración de calor. Se minimiza con procesos duales o uso de agua; velocidad de corte mayor por potencia excesiva ó distancia de la boquilla a la pieza muy larga, este efecto es mayor en espesores menores a 6mm
• ACABADO SUPERFICIAL:
Depende de la puesta apunto del proceso ya que influyen: Depende de la puesta apunto del proceso ya que influyen: flujo de gas, velocidades, intensidades, distancia entre boquilla y pieza.
- Plasma argón-hidrogeno: mejor terminación
- Plasma bajo H2O: mejor que plasma al aire
- GOTAS: velocidades muy altas ó muy bajas
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VENTAJAS• Alta velocidad de corte
• Gran facilidad de
manejo
• Inversión madia/baja
• Precio por corte= ½
INCONVENIENTES• Calidad del acabado
• Ruidoso por encima de los 200 A en aire, mayor a 100db.
• Producciones de humo, polvo y • Precio por corte= ½
precio oxicorte
• Proceso
perfectamente
contrastado
humo, polvo y radiación luminosa (en aire) pero se eliminan trabajando en inmersión
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• APLICACIONES:
- Industria naval: equipos bajo el agua de 600 A; 1200mt lineales por día, espesor promedio 15mm
- Industria automotriz- industrias de chapas: hasta 10mm de espesor, sustituyó cizallas y matriceshasta 10mm de espesor, sustituyó cizallas y matrices
- Calderería (CAD/CAM) desarrollos de conductos de ventilación.
- Aceros inoxidables: el mejor
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*QUIMICOS*CHM (CHEMICAL MACHINING)
• Es un proceso por el que se produce una remoción
de material, mediante contacto con sustancias de
ataque químico fuerte. Se inicio poco después de la
segunda Guerra Mundial en las aeronaves
• Se aplica en varias formas:• Se aplica en varias formas:
- Fresado químico
- Suajado químico (extendido o estampado)
- Grabado
- Maquinado fotoquímico
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• Estos procesos consisten de los siguientes pasos:
- Limpieza: (desengrasado)
- Enmascarillado: se cubre lo que no se debe atacar,
con un material resistente a la sustancia de ataque
- Ataque químico: afecta la zona que no esta
protegida en los metales, la zona atacada se
convierte en una sal que se disuelve en el baño. convierte en una sal que se disuelve en el baño.
Una vez removido el material se enjuaga para
detener el ataque.
- Desenmascarillado: se quita el elemento protector
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neopreno
• Protectores: cloruro de polivinilo
polietileno y otros polímeros
• Métodos (1) cortar y desprender• Métodos (1) cortar y desprender
De protección: (2) fotorresistente
(3) resistente de pantalla
(serigrafía).
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• (1) La aplicación a toda la parte ya sea por
inmersión, recubrimiento o spray (rocío). Se
cortan las aéreas y se desprenden las que se
van a atacar, se hace generalmente a mano
con una plantilla.
- Tolerancia ±0,12mm
- Partes de trabajo grandes
- Pequeñas cantidades
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• (2) Llamado fotorresistente, usa técnicas fotográficas, químicos fotosensibles aplicados en la zona de trabajo, luego la pieza recubierta se expone a la luz a través de imágenes en negativo de las áreas que se van a atacar, posteriormente, las áreas protegidas, se retiran usando técnicas de revelado fotográfico, quedando con material protector la superficie deseada y sin protección protector la superficie deseada y sin protección las restantes que son atacadas por el químico.
- Se aplica a partes pequeñas en grandes cantidades
- Tolerancia ±0,0005in
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• (3) se aplica el protector por métodos de serigrafía o sea
una malla de seda o acero inoxidable, esta malla tiene
incorporado un esténcil que protege la aplicación con un
barniz y deja expuesta las áreas que se atacaran.
- se obtienen tolerancia de ± 0,075mm
- El material de ataque químico es función del material a atacar,
profundidad, velocidad de remoción y acabado)profundidad, velocidad de remoción y acabado)
- La velocidad de penetración (mm/min) es función del agente de
ataque químico
- Profundidad de corte (mm) hasta 12,5mm en paneles de aero.
- También ocurre el excedente de corte
Fe= factor de ataque (tablas)
u=excedente
d=profundidad
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Procesos de maquinado químico
• Fresado químico: durante la segunda Guerra
se comercializo en EEUU, para quitar material
de las alas y fuselaje de aeronaves, para
reducir pesoreducir peso
- Se usa en piezas grandes se aplica “corte y
desprendimiento”
- A mayor profundidad peor acabado superficial
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• Suajado químico: usado en laminas metálicas
muy delgadas, de espesores hasta 0,025mm.
También se usa para posturas de corte
complicados, pues los métodos de perforado y
troquelado convencionales no funcionan.
- Los métodos usados para aplicar el protector - Los métodos usados para aplicar el protector
son el fotorresistente o el resistente de
pantalla.
- Tolerancias +/- 0,002 mm
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• Grabado químico: se usa para hacer placas
y/o paneles con impresiones sobre o bajo
relieves. El enmascarillado se hace con el
método fotorresistente o resistente de
pantalla, la secuencia es similar a los otros
procesos excepto que después del ataque se
aplica una pintura, u otra protección, a las aplica una pintura, u otra protección, a las
áreas formadas por el ataque químico; luego
se sumerge en una solución para disolver el
protector sin alterar la pintura o terminación
aplicada como recubrimiento.
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• Maquinado fotoquimico: usa el método
fotorresistente para enmascarillar.
- Se emplea en el procesamiento de metales
cuando se requiere tolerancias mínimas o
patrones complicados sobre partes planas.
Ampliamente usados en la industria de la Ampliamente usados en la industria de la
electrónica para el diseño de circuitos sobre
plantillas de semiconductores y en la
microelectrónica
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Valores tabulados para maquinado químico
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Comparación de aplicabilidad entre procesos
convencionales y no convencionales
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Características