PROCESOS AVANZADOS
DE MAQUINADO Y
NANOFABRICACIÓN
Jaqueline Borquez
Andrea Islas
Natalia Lizárraga
Lluvia Olguín
Darinka Salinovich
INTRODUCCIÓN
Los procesos de maquinado descritos anteriormente quitan material
formando virutas o absorción o microdespastillado, donde hay casos
que estos procesos no son satisfactorios por las siguientes razones:
•La
dureza y resistencia del material es muy alta o el material es
demasiado frágil.
•La
pieza es demasiado flexible, esbelta o delicada como para
resistir las fuerzas de corte o de abrasión.
•El
aumento de temperatura y los esfuerzos residuales en la pieza
no son deseables ni aceptables.
Ejemplo de partes hechas con procesos avanzados de maquinado
a)
Corte de lámina con un rayo láser.
b) Engranaje microscópico con diámetro del orden de 100 p.m.
hecho con un proceso especial de ataque.
Maquinado Químico
El maquinado químico se desarrolló con base en la observación que algunas
sustancias atacan a los metales y los corroen, quitando pequeñas cantidades
de material de la superficie.
El maquinado químico es el más antiguo de los procesos no tradicionales y se
ha usando para grabar metales y piedras y muy recientemente en la
producción de tarjetas de circuito impreso y chips de microprocesadores.
Fresado Químico
Se producen cavidades someras (que tiene muy poca profundidad o se
halla muy cerca de la superficie) sobre placas, láminas, piezas forjadas
y extrusiones, en general para reducir el peso total.
El ataque selectivo del reactivo químico sobre diferentes
áreas de las superficies de la pieza se controla mediante
capas removibles de material, en lo que se llama
enmascaramiento o por inmersión parcial en el reactivo.
Troquelado (blanking) químico de
material en bruto
El troquelado químico del material en bruto se parece al
recorte de la lámina que se va a usar como pieza bruta para
obtener piezas en que se penetra pero el material se elimina
por disolución química y no por cizallamiento.
También llamado fotograbado o
maquinado fotoquímico, consiste en la
eliminación de material de una lámina
delgada y plana mediante técnicas
fotográficas.
 Se basa en corroer al metal por disolución
química con la ayuda de sustancias (
soluciones ácidas para aceros o alcalinas
para el aluminio); quitando así pequeñas
cantidades de material de la superficie.

Troquelado Fotoquímico




Se
pueden
troquelar
piezas complicadas y sin
rebabas, incluso de piezas
de tan solo .0025 mm.
Se puede utilizar para
grabar
Los costos de herramienta
son bajos, el proceso se
puede automatizar y es
económico
para
volúmenes medianos a
altos de producción.
El inconveniente principal
son los desechos de los
subproductos químicos.
Troquelado Fotoquímico
Pantallas Finas
Laminaciones de motores eléctricos
Muelles Planos
En la industria aeroespacial para eliminar
capas superficiales de material en partes
grandes de aviones o cubiertas de misiles.
 Fabricación de dispositivos
microelectrónicos




◦ Tarjetas de circuito impreso
◦ Chips de microprocesadores
Aplicaciones
El principio de funcionamiento de esta técnica es el
de electrodeposición invertida.
 El maquinado electroquímico se utiliza en la industria
aeroespacial, para la producción en masa de álabes
de turbinas y partes de motor de reacción y toberas.
 Tiene las ventajas de no causar daños térmicos en la
pieza, no produce desgaste de herramienta, y puede
producir formas complicadas con cavidades profundas
en materiales duros; sin rebabas.
 Como desventaja, este método posee herramientas y
equipos costosos y consume mucha energía..

Maquinado Electroquímico
Un
electrolito
(sal
inorgánica muy conductora)
funciona como portador de
corriente y la gran rapidez de
movimiento del electrolito en
el espacio entre la herramienta
y la pieza, arrastra y retira los
iones metálicos de la pieza
(ánodo) antes de que tengan
oportunidad de depositarse
sobre la herramienta (cátodo).
Maquinado Electroquímico
Es un refinamiento del maquinado
electroquímico
 Usa densidades de corriente muy altas,
corriente pulsada y no directa.
 Se elimina la necesidad de grandes flujos
de electrolito, sin limitar la utilidad en la
producción de matrices y moldes.

Maquinado Electroquímico Pulsado
(MEQP)

Ventajas
◦ Mejora la duración por
fatiga
◦ Método Propuesto para
eliminar la capa de
refundición que queda
en las superficies de las
matrices y moldes.
◦ Útil en el
micromaquinado (para
procesos de gran
precisión).
MEQP

Desventajas
◦ Es difícil mantener una
alineación precisa de la
herramienta y la pieza,
al cambiar de ME a
MEQP .
◦ Se requirió elaborar una
maquinada con y sin
pulsado para el cambio.
◦ Deja residuos metálicos
◦ Erosión
Rectificado Electroquímico



En el rectifícado electroquímo se combina el
maquinado electoquímico con el rectificado
normal. Es parecido a una rectificadora
convencional, pero la piedra es un cátodo
giratorio embobinado en partículas abrasivas.
La piedra tiene abraciones de diamante
aglomerado con metal y de oxido de alunio.
Gira a una velocidad superficial de 1200 a
2000 m/min.
Abrasivos:
1) Sirve como aislante entre la piedra y la
pieza.
2) Quitar mecánicamente los productos de
la electrolisis en el área de trabajo.
 La densidad de corriente va de 1 a 3
A/mm²

Video de Rectificado
Electroquímico
El rectificado electroquímico es
adecuado en aplicaciones parecidas
a:
 Fresado
 Rectificado
 Aserrado
 Este proceso se a aplicado a:
 Carburos y aleaciones de alta resistencia

Consideraciones de diseño para el
rectificado electroquímico.
 Se deben evitar los radios interiores
pequeños.
 Si se debe producir superficies planas, la
superficie rectificada debe ser mas
angosta que el ancho de la piedra
abrasiva.

Maquinado con descarga eléctrica
(Electroerosionadora de penetración)
El principio de maquinado con descarga
eléctrica(
EDM,
Electrical-Discarge
machining). Es basada en la erocion de
los
metales
mediante
chispas
de
descargas electricas

Principio de operación:
EL sistema EDM básico consiste en una
herramienta de formado y la pieza
conectadas a una fuente de poder dc y
colocadas en un fluido dielectico. Cuando
la diferencia de potencia entra las
herramientas y la pieza es
suficientemente alta, se descarga una
chispa transitoria que atraviesa el fluido y
quita una contidad muy pequiña de metal.
La descarga del capacitor se repite a
fracuencias entre 50 y 500 KHz.
 Con un voltaje que varia de 50 a 380 V.
 Y corriente de 0.1 a 500 A.

Video de Electroerosionadora de
penetración
Función del fluido dieléctrico:
 Actuar como aislante hasta que el
potencial llegue al valor suficiente.
 Actuar como medio de lavado y retirar los
desechos
 Medio de enfriamiento

Posibilidad de proceso:
 Produccion de cavidades de matrices para
componentes grandes de carrocería de
automovil.
 Orificios profundos de diámetro pequeño.
 Ranuras angostas.
 Paletas de turbinas.

Consideraciones de diseño para el
maquinado con descarga electica:
 Se deben diseñar las partes de tal manera
que los electrodos requeridos se puedan
formar adecuada y económicamente.
 Evitar ranuras profundas y aberturas
angostas.
 El acabado superficial no debe ser muy fino.
 Metodos convancinales (cortes de desbaste)

Maquinado con descarga eléctrica
y alambre
(Electroerosionadora de hilo)
En este proceso, que se parece al calado
con una cierra de cinta, un alambre que
se mueve con lentitud describe una
trayectoria predeterminada y corta la
pieza. Las chispas que descarga funcionan
como dientes de corte.
 Este proceso utiliza para cortar:
 Placas hasta de 300mm
 El alambre suele ser de latón, cobre
o
tungsteno
 Se utilizan recubiertos de zinc, latón y de
varias capas
 El diámetro del alambre es de .30mm para
corte de desbaste y se .20mm para cortes de
acabado
 Se mueve el alambre a una velocidad
constante de .15 a 9m/min.
Video de Electroerosionadora de
hilo
La velocidad de corte se suele
expresar en área transversal cortada
por unidad de tiempo:
 18000mm²/h para acero de herramientas D2 de
50mm de espesor.
 45000mm²/h para aluminio de 150mm de
espesor.
Se traduce en velocidad lineal de corte
18000/50= 360mm/h= 6mm/min

Las maquinas de electroerosión de
alambre modernas tienen las sig.
características:
 Controles computarizados para regular la
trayectoria de corte del alambre.
 Varios cabezales para cortar varias piezas a
la vez
 Funciones de control para evitar la ruptura
del alambre
 Estrategias programadas de maquinado para
optimizar el funcionamiento

Costo aroximado de 150000 a 300000 dolares.
MAQUINADO CON RAYO LÁSER




La fuente de energía es un láser, que
concentra energía luminosa sobre la
superficie de la pieza.
Se usa para maquinar
diversos materiales
metálicos y no metálicos.
Diferentes tipos de láser
dependiendo del material
y la operación.
Pueden usar combinados una corriente de
gas como oxígeno, nitrógeno o argón.
Posibilidades del proceso:
Taladrar y cortar metales, materiales no
metálicos, cerámicas y materiales
compuestos.
 Se usa cada vez más en las industrias
electrónica y automotriz.
 También se usan para:

◦ Soldar
◦ Tratamiento térmico
◦ Marcar partes, con letras,
números, claves, etc.
Consideraciones del diseño:
La reflectividad de la superficie de la
pieza.
 Evitar diseños con esquinas agudas,
porque es difícil producirlas.
 Investigar todos los efectos adversos
causados por las altas temperaturas.

MAQUINADO CON HAZ
DE ELECTRONES Y
CORTE CON ARCO DE
PLASMA
La fuente de energía en el maquinado con
haz de electrones está formada por
electrones de alta energía que chocan con
la superficie de la pieza y generan calor
 Requiere vacío, por lo que el tamaño de la
pieza está limitado por el de la cámara de
vacío.
 Se puede usar para cortes muy exactos en
una gran variedad de metales.

En el corte con arco de plasma se usan
chorros de plasma para cortar con rapidez
láminas y placas de metales ferrosos y no
ferrosos
 Las temperaturas generadas son muy
altas
 Hoy en día esta muy automatizado y usa
controladores programables.

Consideraciones de diseño:
Como las cámaras de vacío tienen
capacidad limitada, los tamaños de pieza
deben coincidir con los de la cámara para
obtener una gran capacidad de producción
por ciclo.
 Si una pieza requiere maquinado con haz
de electrones en una pequeña parte, se
de considerar su manufactura en forma de
varios componentes pequeños.

MAQUINADO CON CHORRO DE
AGUA




Llamado también maquinado hidrodinámico.
El chorro de agua funciona con una sierra y
corta una ranura angosta en el material.
Se pueden cortar diversos
materiales como:
-plásticos
-telas
- hule
-madera
-papel
- cuero.
Se usa en la industria de alimentos

Ventajas:
◦
◦
◦
◦
◦
◦
Se pueden iniciar los cortes en cualquier lugar
No produce calor
No se producen flexiones en el resto de la pieza
Se humedece poco la pieza
Las rebabas producidas son mínimas.
Es un proceso de manufactura seguro para el
ambiente.
Maquinado con chorro de
agua y abrasivos



El chorro de agua contiene partículas
abrasivas, como el carburo de silicio o el
óxido de aluminio, que aumenta la remoción
del material.
Se pueden cortar materiales metálicos, no
metálicos y compuestos de distintos
espesores de una o varias capas.
El proceso es adecuado para los materiales
sensibles al calor que no se pueden
maquinar con los procesos que generan
calor.
MAQUINADO CON CHORRO
ABRASIVO

Se dirige un chorro de alta velocidad de
aire seco (nitrógeno o dióxido de carbono
con
partículas
abrasivas)
hacia
la
superficie de la pieza, bajo condiciones
controladas.
La velocidad del chorro abrasivo puede
llegar hasta 300 m/s y se controla con una
válvula.

El impacto de las partículas desarrolla una
fuerza como para efectuar las siguientes
operaciones:
◦
◦
◦
◦
Cortar pequeños orificios
Recortar y biselar
Quitar óxidos
Limpieza general de componentes con
superficies irregulares
NANOFABRICACIÓN

Implica la generación y manipulación de
estructuras
con
dimensiones
características menores de 40 nano
pulgadas.

APLICACIONES:
◦
◦
◦
◦
Electrónica
Dosificación de medicamentos
Sensores
Sistemas de diagnóstico médico
Ejemplo:
Se ha estimado que si 1 bit de información
se pudiera guardar en 100 átomos,
entonces todos los libros que se han escrito
a la fecha se podrían guardar en un CUBO
DE 0.5 mm.
El obstáculo mayor a la nanofabricación ha
sido la posibilidad limitada de sus procesos.
MICROMAQUINADO

Un área importante de la investigación
continua es el desarrollo de los sistemas
micromecánicos,
en
los
que
las
dimensiones
características
de
los
componentes son del orden de micrómetros.
◦ Microactuadores electromagnéticos de las unidades
del disco duro
◦ Microcardanes
◦ Microfuelles
◦ Sensores y dispositivos de sensor.
Descargar

Maquinado con rayo láser