Hispanopedia WikiEl lapeado es un proceso de mecanizado en el que se frotan dos superficies entre sí con un abrasivo interpuesto, ya sea mediante movimiento manual o utilizando una máquina.
El lapeado suele ir precedido de otros procesos sustractivos que implican una eliminación de material más agresiva como primer paso, como el fresado o el rectificado .
El pulido puede adoptar dos formas. El primer tipo (tradicionalmente llamado rectificado) consiste en frotar un material frágil, como el vidrio , contra una superficie, como hierro o vidrio (también conocida como herramienta de pulido), con un abrasivo como óxido de aluminio , óxido de aluminio para joyería , óxido de aluminio para óptica , esmeril , carburo de silicio , diamante , etc., entre ambos. Esto produce microfracturas concoidales a medida que el abrasivo se desplaza entre las dos superficies y elimina material de ambas.
La otra forma de pulido consiste en utilizar un material más blando, como brea o cerámica , para la herramienta de pulido, la cual se impregna con el abrasivo. Esta herramienta se utiliza para cortar un material más duro: la pieza de trabajo. El abrasivo se incrusta en el material más blando, lo que le permite marcar y cortar el material más duro. Llevado al extremo, este proceso produce una superficie pulida, similar a la que se obtiene con un paño de pulido en un automóvil, o con un paño o brea de pulido en vidrio o acero.
Llevando la técnica al límite, con la ayuda de interferometría precisa y máquinas de pulido especializadas o pulido manual experto, los fabricantes de lentes pueden producir superficies con una planitud superior a 30 nanómetros . Esto equivale a una vigésima parte de la longitud de onda de la luz del láser de helio-neón de 632,8 nm, comúnmente utilizado. Estas superficies tan planas pueden unirse molecularmente ( contactarse ópticamente ) al juntarlas en las condiciones adecuadas. (Aunque el efecto de compresión de los bloques de Johansson es similar).
Operación
Se puede usar una pieza de plomo como disco de pulido, impregnada con esmeril, para cortar una pieza de acero endurecido . La pequeña placa que se muestra en la primera imagen es un disco de pulido manual. Este disco en particular está hecho de hierro fundido . Para usarlo, se extiende una pasta de esmeril en polvo sobre el disco y la pieza de trabajo simplemente se frota contra él, generalmente en forma de ocho.
La segunda imagen muestra una máquina de lapeado comercial. La placa de lapeado de esta máquina tiene un diámetro de 30 cm (12 pulgadas) , aproximadamente el tamaño más pequeño disponible en el mercado. En el otro extremo del espectro de tamaños, son comunes las máquinas con placas de 2,4 a 3,0 metros (8 a 10 pies) de diámetro, e incluso se han construido sistemas con mesas de 9 m (30 pies) de diámetro. Volviendo a la segunda imagen, la placa de lapeado es el gran disco circular en la parte superior de la máquina. Sobre la placa hay dos anillos. La pieza de trabajo se coloca dentro de uno de estos anillos. Luego se coloca un peso sobre la pieza de trabajo. En la imagen también se pueden ver los pesos junto con dos discos espaciadores de fibra que se utilizan para distribuir uniformemente la carga.
Durante el funcionamiento, los anillos permanecen fijos mientras la placa de lapeado gira debajo de ellos. En esta máquina, se puede observar una pequeña bomba de lodo en un lateral; esta bomba suministra lodo abrasivo a la placa de lapeado giratoria.
Cuando se requiere pulir muestras muy pequeñas (desde 75 mm (3 pulgadas) hasta unos pocos milímetros), se puede utilizar una plantilla de pulido para sujetar el material durante el proceso (véase la imagen 3: Máquina de pulido y plantilla de sujeción). Esta plantilla permite un control preciso de la orientación de la muestra con respecto a la placa de pulido y un ajuste fino de la carga aplicada durante la eliminación del material. Debido a las dimensiones de estas pequeñas muestras, las cargas y pesas tradicionales resultan demasiado pesadas, ya que dañarían los materiales delicados. La plantilla se coloca en un soporte sobre la placa de pulido y el dial en la parte frontal indica la cantidad de material eliminado de la muestra.
Lapeado de dos piezas
Cuando la unión de las dos superficies es más importante que la planitud, las dos piezas pueden solaparse. El principio es que las protuberancias de una superficie se desgastan mutuamente, dando como resultado dos superficies que evolucionan hacia una forma común (no necesariamente plana, como las válvulas y sus asientos en un motor de combustión interna), separadas por una distancia determinada por el tamaño promedio de las partículas abrasivas, con una rugosidad superficial determinada por la variación en el tamaño de dichas partículas. Esto produce resultados de ajuste comparables a los de dos piezas perfectamente planas, sin el mismo grado de pruebas que se requieren para estas últimas.
Una complicación en el lapeado de dos piezas es la necesidad de asegurar que ninguna de las piezas se flexione o deforme durante el proceso. A medida que las piezas se deslizan una sobre la otra, una parte de cada una (un área cercana al borde) quedará sin soporte durante una fracción del movimiento de fricción. Si una pieza se flexiona debido a esta falta de soporte, los bordes de la pieza opuesta tenderán a dejar marcas a poca distancia del borde, y los bordes de la pieza opuesta se desgastarán considerablemente por la misma acción. El procedimiento de lapeado presupone una distribución de presión aproximadamente uniforme en toda la superficie en todo momento, y fallará de esta manera si la pieza se deforma bajo dicha presión.
Precisión y rugosidad superficial
El lapeado se puede utilizar para obtener una rugosidad superficial específica ; también se utiliza para obtener superficies muy precisas, generalmente muy planas. La rugosidad superficial y la planitud superficial son dos conceptos bastante diferentes.
Un rango típico de rugosidad superficial que se puede obtener sin recurrir a equipos especiales estaría comprendido entre 1 y 30 unidades Ra (rugosidad media), generalmente micropulgadas.
La precisión o planitud de la superficie se suele medir en unidades de banda de luz de helio ( HLB ), donde una HLB equivale a unos 280 nm (1,1 × 10⁻⁵ pulgadas) . Sin recurrir a equipos especiales, lo habitual es obtener precisiones de entre 1 y 3 HLB. Si bien la planitud es el objetivo más común del lapeado, este proceso también se utiliza para obtener otras configuraciones, como superficies cóncavas o convexas.
Medición
Llanura
El método más sencillo para medir la planitud es con un medidor de altura colocado sobre una placa de superficie . Debes colocar la pieza en tres soportes y encontrar la variación mínima mientras los ajustas, simplemente colocando la pieza sobre la placa de superficie y usando un comparador de cuadrante para encontrar TIR en el lado opuesto de la pieza mide el paralelismo. La planitud se mide más fácilmente con una máquina de medición de coordenadas. Pero ninguno de estos métodos puede medir la planitud con una precisión mayor a aproximadamente 2,5 μm (9,8 × 10⁻⁵ in) .
Otro método comúnmente utilizado con piezas lapeadas es la reflexión e interferencia de luz monocromática. [ 1 ] Solo se necesita una fuente de luz monocromática y una superficie óptica plana . Esta superficie, que consiste en un trozo de vidrio transparente lapeado y pulido por uno o ambos lados, se coloca sobre la superficie lapeada. A continuación, se proyecta luz monocromática a través del vidrio. La luz lo atraviesa y se refleja en la pieza. Al reflejarse en el espacio entre la pieza y la superficie pulida del vidrio, la luz interfiere consigo misma, creando franjas claras y oscuras llamadas anillos de Newton . Cada franja, o banda, representa un cambio de media longitud de onda en el ancho del espacio entre el vidrio y la pieza. Las bandas de luz muestran un mapa de contorno de la superficie de la pieza y se pueden interpretar fácilmente para determinar su planitud. Antiguamente, la fuente de luz solía ser una lámpara o tubo de helio -neón, que utilizaba la línea de neón de 632,8 nm, o la línea verde del vapor de mercurio; sin embargo, hoy en día, una fuente más común de luz monocromática es la lámpara de sodio de baja presión . Actualmente, se utilizan diodos láser y LED, ambos económicos y de banda estrecha. En el caso de las fuentes de luz semiconductoras, el azul es una opción, ya que tiene una longitud de onda menor que el rojo.
Para una descripción más detallada de la física que hay detrás de esta técnica de medición, véase interferencia .
Aspereza
La rugosidad superficial se define por las mínimas variaciones de altura en la superficie de un material o pieza de trabajo. Las variaciones individuales de los picos y valles se promedian (valor Ra) o se cuantifican mediante la mayor diferencia entre pico y valle (Rz). La rugosidad se suele expresar en micras . Una superficie con un valor Ra de 8 presenta picos y valles con un promedio no superior a 8 μm en una distancia determinada. La rugosidad también puede medirse comparando la superficie de la pieza de trabajo con una muestra de referencia. Existen muestras de calibración, generalmente vendidas en conjuntos, que suelen abarcar el rango típico de operaciones de mecanizado, desde aproximadamente 125 μm Ra hasta 1 μm Ra.
La rugosidad superficial se mide con un perfilómetro , un instrumento que mide las mínimas variaciones de altura de la superficie de una pieza de trabajo.
Véase también
- Bruñido plano : una variación del rectificado muy fino.
- Película de pulido : un consumible para el pulido.
- El afilado , que a menudo incluye una acción de lapeado en su acción.
- Superacabado : otra operación de acabado sustractivo a microescala.
- Metrología de superficies : medición de los efectos de dichos procesos.
Referencias
- ↑ English, RE (1953). "Optical Flats". En Ingalls, Albert G. (ed.). Amateur Telescope Making, Book Three . Scientific American. pp. 156– 162.
Enlaces externos
- Mark Irvin, Engis Corporation (febrero de 2011). "Afilado con diamante y control de placas de afilado" (PDF) . Mecanizado de producción . Publicaciones Gardner. Archivado del original (PDF) el 25 de abril de 2012. Consultado el 17 de noviembre de 2011 .
- Rectificado y lapeado