¿Qué hace que los superabrasivos sean geniales?

Las ruedas CBN superabrasivas de Norton muelen piezas de acero difíciles (HRC 50 y más duras) y desgastan los revestimientos.

El costo de las muelas abrasivas superabrasivas es alto, muy alto en comparación con los abrasivos convencionales, y puede parecer difícil de justificar hasta que se calculan números como el retorno de la inversión y el costo por pieza. No es raro ver un cambio a ruedas superabrasivas para lotes grandes, como los que fluyen a través de una instalación automotriz o aeroespacial, disminuyen los tiempos del ciclo de rectificado en un 20 % y reducen el costo total por pieza en un 30 % o más. Estos son el tipo de cambios que mejoran la operación ajustada de una empresa y mejoran su posición competitiva en el mercado global.

David Goetz, ingeniero de aplicaciones corporativas de Norton|Saint-Gobain Abrasives, respondió preguntas para Canadian Metalworking sobre las diferencias entre las ruedas convencionales y superabrasivas y cómo afectan la producción.

CM:¿Cuáles son las diferencias clave entre las ruedas convencionales y las superabrasivas?

David Goetz: Los abrasivos convencionales suelen ser granos naturales que se fusionan o mezclan con otros granos abrasivos para hacer que la muela abrasiva funcione según lo requerido. Los superabrasivos utilizan diamantes naturales o sintéticos o nitruro de boro cúbico (CBN), que es un grano sintético.

El diamante es la sustancia más dura conocida con una dureza Knoop de alrededor de 7.000. CBN es el segundo más difícil con un valor Knoop de 4700. Los granos convencionales están en el rango de 2100 a 2500. Pueden funcionar de 8500 a 16 000 SFPM según la rueda y la aplicación. Los abrasivos convencionales normalmente alcanzan un máximo de alrededor de 6500 pies de superficie por minuto (SFPM) a menos que tengan clasificaciones especiales de velocidad o seguridad.

Además de su capacidad para funcionar a velocidades más altas, los superabrasivos suelen tener relaciones G mucho más altas, que miden la eficiencia de rectificado [Eficiencia = Volumen de material rectificado/Volumen de desgaste de la rueda]. Los abrasivos convencionales generalmente muelen en el rango de 1 a 20, las cerámicas en el rango de 10 a 200 y los superabrasivos en el rango de 500 a 10 000 o más. Las relaciones G más altas generalmente equivalen a ciclos de rectificado más cortos, más trabajos por hora y una vida útil más larga de la rueda.

La estabilidad térmica de los superabrasivos es mayor que la de sus contrapartes convencionales, lo que también aumenta su vida útil, particularmente en aplicaciones exigentes.

CM:¿Cómo afectan las propiedades superabrasivas a la producción?

Goetz: Con las relaciones G más altas y las tasas Q' [de eliminación de material] de los superabrasivos, los talleres que los usan suelen ver tiempos de ciclo más cortos y una vida útil más larga de la rueda. Muchos superabrasivos durarán 12 meses o más dependiendo de la aplicación, lo que puede compararse con un solo mes para un abrasivo convencional.

Las ruedas superabrasivas requieren menos preparación porque el grano es más duradero: se mantendrá afilado por más tiempo para que pueda obtener más piezas entre el tratamiento, lo que significa más piezas por rueda, menos cambios de rueda y más tiempo de actividad. Por ejemplo, un fabricante tenía entre 30 y 40 piezas por vestido con un abrasivo convencional. Con una aplicación similar con un abrasivo CBN, obtuvo 1.200 piezas por vestido. Esto los hace ideales para entornos de alto volumen.

Los datos de rectificado para producir un cigüeñal de compresor se recolectaron durante un año y se usaron para comparar los costos de usar una rueda convencional en comparación con una rueda superabrasiva. Consulte el cuadro Resumen de costos.

A menudo pueden proporcionar suficiente eliminación de material que, en algunas aplicaciones, han comenzado a reemplazar las operaciones de mecanizado.

CM:¿Qué se debe tener en cuenta al elegir un superabrasivo?

Goetz: La selección de productos superabrasivos se basa en el proceso. La elección depende de algunos factores, como el acabado especificado y la geometría de la pieza. El acabado requerido y el material a moler determinarán el tamaño del grano. Un grano más pequeño producirá un acabado más fino. El diamante generalmente se usa para materiales no metálicos y no ferrosos. El CBN se usa típicamente para moler metales. Hay algunos materiales cruzados en los que se pueden utilizar tanto el diamante como el CBN.

La geometría de la pieza determina el grado, la concentración y los tipos de unión. Los bonos recomendados para algunas aplicaciones incluyen:

También se debe considerar el tipo de refrigerante. Los fluidos eliminan las virutas y el calor de la zona de molienda y protegen contra algunas reacciones químicas provocadas por el proceso de molienda. Los fluidos a base de aceite son mejores cuando se trabaja con CBN. Las bajas temperaturas de vaporización limitan la lubricidad de los fluidos a base de agua y el vapor a alta temperatura promueve la oxidación del cristal de CBN.

Los siete factores que utilizamos para ayudar a los fabricantes a determinar la muela abrasiva adecuada son:

También debe asegurarse de que la máquina sea lo suficientemente rígida para soportar el proceso superabrasivo.

CM:¿Cómo están cambiando los superabrasivos para satisfacer las demandas del mercado?

Goetz: Todos los días nos enfrentamos al desafío de desarrollar nuevos granos y aglomerantes para producir más piezas, más rápidamente, para ofrecer a los fabricantes la productividad que buscan. Por ejemplo, industrias como la aeroespacial están colocando más recubrimientos resistentes al desgaste en materiales que los hacen más difíciles de moler. La industria automotriz está buscando formas de reducir el estrés residual de la molienda.

La mayoría de los procesos de fabricación comienzan con un bloque de material y luego lo mecanizan, tal vez hacen un proceso de máquina de semiacabado, luego esmerilan y luego pulen. Estamos haciendo mucho con los superabrasivos para llevar ese bloque de material a través de un proceso que llamamos mecanizado a rectificado, en el que eliminamos uno, dos o tres pasos de mecanizado y rectificamos y pulimos la forma final a partir de la pieza en bruto.

Un cambio a una muela abrasiva superabrasiva ahorró a un fabricante un 30,19 % en el costo por pieza al producir un cigüeñal de compresor.

Un producto reciente de nuestra empresa, Norton Paradigm®, que es como un aglomerante de metal, elimina un 30 % más de material y tiene un rendimiento 2,5 veces superior al de nuestro mejor superabrasivo anterior. Rectifica con una potencia más baja, lo que brinda la oportunidad de empujar la rueda, usar velocidades de avance más altas y reducir los tiempos de ciclo. El resultado es un aumento en los trabajos por hora, lo que a su vez reduce los costos generales de producción. Este producto también mantiene la forma mucho mejor y dura más que las ruedas típicas que vemos.

El uso cada vez mayor de materiales resistentes al desgaste y la necesidad de darles un acabado exige abrasivos que sean más duraderos. Por ejemplo, el acabado de los revestimientos cerámicos que se aplican para proporcionar resistencia al desgaste en muchos sectores hace que los superabrasivos sean la mejor opción para moler estos materiales de forma económica.

Las nuevas demandas de un esmerilado con menos estrés o sin estrés también están empujando a los fabricantes de abrasivos a desarrollar abrasivos de corte más afilados y libres que permanezcan afilados por más tiempo, lo que ayuda a reducir tanto la energía de esmerilado necesaria como el estrés del proceso. Estos nuevos granos requieren nuevas tecnologías de unión que brinden una mejor retención de la forma y del grano para mejorar aún más la vida útil y el rendimiento de la rueda.

Norton|Saint-Gobain Abrasives Inc., www.nortonabrasives.com

Las muelas abrasivas de CBN superabrasivas son altamente resistentes al desgaste y ofrecen una vida útil excepcional en entornos de alta producción.