Abrasivos y abrasivos aglutinados

Abrasivos y abrasivos aglutinados

Los abrasivos que más se utilizan en las operaciones de maquinado abrasivo son:

Abrasivos convencionales
     • Óxido de aluminio (Al2O3)
     • Carburo de silicio (SiC)

Superabrasivos
• Nitruro de boro cúbico (cBN)
• Diamante

Estos abrasivos son mucho más duros que los materiales convencionales de las herramientas de corte, debido a que los dos últimos abrasivos arriba mencionados son los materiales más duros que se conocen, se les denomina superabrasivos. Además de la dureza, una característica básica de los abrasivos es su friabilidad, que se define como la capacidad de los granos abrasivos para fracturarse (romperse) en piezas más pequeñas. Ésta es una propiedad importante y proporciona a los abrasivos sus cualidades de autoafilado, que son esenciales para mantener su filo durante el uso. La alta friabilidad indica baja resistencia o baja resistencia a la fractura del abrasivo. Por lo tanto, un grano abrasivo altamente friable se fragmenta con mayor rapidez bajo el efecto de las fuerzas de rectificado que uno con baja friabilidad. Por ejemplo, el óxido de aluminio tiene menos friabilidad.

La forma y el tamaño del grano abrasivo también afectan su friabilidad. Por ejemplo, los granos con forma de bloque (similares a un ángulo de ataque negativo en las herramientas de corte de una sola punta) son menos friables que los granos con forma de placa. Además, ya que la probabilidad de defectos es menor conforme los granos se vuelven más pequeños (debido al efecto del tamaño), estos granos son entonces más resistentes y menos friables que los más grandes.

Tipos de abrasivos. Los abrasivos comunes en la naturaleza son el esmeril, corindón (alúmina), cuarzo, granate y diamante. Debido a que estos abrasivos naturales suelen contener cantidades desconocidas de impurezas y poseen propiedades irregulares, su rendimiento es inconsistente y poco confiable. Por lo tanto, durante muchos años se han fabricado abrasivos sintéticos, como se describe a continuación:

   • El óxido de aluminio se preparó por primera vez en 1893 y se produce fundiendo bauxita, limaduras de hierro y coque. Los óxidos de aluminio fundido se clasifican en cristal oscuro (menos friable), blanco (muy friable) y simple.

   • El gel sembrado se introdujo por primera vez en 1987 y es la forma más pura de óxido de aluminio sin fundir. También se conoce como óxido de aluminio cerámico. Tiene un tamaño de grano de 0.2 m, que es mucho más pequeño que otros tipos de granos abrasivos de uso común. Estos granos se sinterizan a fin de obtener tamaños más grandes. Debido a que son más duros que la alúmina fundida y su friabilidad es relativamente alta, el gel sembrado mantiene su filo y se usa en particular para materiales difíciles de rectificar.

   • El carburo de silicio se descubrió en 1891 y se fabrica con arena de sílice y coque de petróleo. Los carburos de silicio se dividen en negros (menos friables) y verdes (más friables). Tienen mayor friabilidad que los óxidos de aluminio y, por lo tanto, mayor tendencia a fracturarse y permanecer afilados.

   • El nitruro de boro cúbico se desarrolló por primera vez en la década de 1970.

   • El diamante (también conocido como diamante sintético o industrial) se utilizó por primera vez como abrasivo en 1955. 

Tipos de aglutinantes

Vitrificados. Es en esencia un vidrio, un aglutinante vitrificado (también conocido como aglutinante cerámico, sobre todo fuera de Estados Unidos); es el material de unión más común y utilizado. Sus materias primas son feldespato (un mineral cristalino) y arcillas. Se mezclan con los abrasivos, se humedecen y moldean a presión en forma de discos de rectificado. Estos discos “crudos”, similares a las partes fabricadas con metalurgia de polvos, se someten a cocción lentamente hasta una temperatura de casi 1250 °C (2300 °F) a fin de fundir el vidrio y desarrollar resistencia estructural. Después, las piedras se enfrían poco a poco (para evitar agrietamiento térmico), se terminan al tamaño adecuado, se inspeccionan para efectos de calidad y precisión dimensional y se someten a pruebas de defectos.

Los discos con aglutinantes vitrificados son resistentes, rígidos, porosos y resistentes a aceites, ácidos y agua. Sin embargo, son quebradizos y carecen de resistencia a choques mecánicos y térmicos. Para mejorar su resistencia durante el uso, las piedras vitrificadas también se fabrican con placas o copas de refuerzo de acero para mejorar el soporte estructural del abrasivo aglutinado. El color del disco de rectificado puede modificarse agregando diversos elementos durante su manufactura; de esta manera, las piedras se pueden codificar por colores para usarlas con materiales específicos de piezas de trabajo, como ferrosos, no ferrosos, cerámicos y así sucesivamente.

Resinoides. Los materiales aglutinantes resinoides son las resinas termofijas y existe una amplia variedad de composiciones y propiedades. Debido a que el aglutinante es un compuesto orgánico, los discos con aglutinantes resinoides también se conocen como discos orgánicos. La técnica de manufactura para producirlos consiste básicamente en (a) mezclar el abrasivo con resinas y aditivos fenólicos líquidos o en polvo; (b) prensar la mezcla en forma de piedra de rectificado, y (c) curarla a temperaturas de unos 175 °C (350 °F).

Debido a que el módulo elástico de las resinas termofijas es inferior al de los vidrios, las piedras resinoides son más flexibles que las vitrificadas. Un desarrollo más reciente es el uso de poliamida como sustituto del fenólico en las piedras resinoides, ya que es más tenaz y resistente a altas temperaturas. Además de prensarlas, estas piedras de rectificado se manufacturan mediante el moldeo por inyección.

Hule. La matriz más flexible utilizada en los discos de rectificado es el hule. El proceso de manufactura consiste en (a) mezclar hule crudo, azufre y los granos abrasivos; (b) laminar la mezcla en hojas; (c) cortar círculos, y (d) calentarlos bajo presión para vulcanizar el hule. Los discos delgados se pueden fabricar de esta manera y se usan como sierras para operaciones de corte (hojas de corte).

Aglutinantes metálicos. Por medio de técnicas de metalurgia de polvos, los granos abrasivos (por lo general, diamante o nitruro de boro cúbico) se aglutinan en la periferia de un disco metálico a profundidades de 6 mm (0.25 pulgada) o menos. La unión al metal se efectúa bajo alta presión y temperatura. El disco en sí (el núcleo) se puede fabricar de aluminio, bronce, acero, cerámicos o materiales compósitos, dependiendo de si requiere resistencia, rigidez o estabilidad dimensional. Los discos superabrasivos se pueden recubrir con capas, de manera que una sola capa abrasiva se deposita o suelda con soldadura fuerte a un disco metálico con una forma particular deseada. Estos discos son de menor costo y se emplean para pequeñas cantidades de producción.