¿Cómo hacer microrroscas?

Hacer roscas de tornillo en partes de solo 0.012 pulgadas de diámetro requiere habilidades únicas, pero esas microrroscas se requieren en una gran variedad de productos, tales como relojes, anteojos, teléfonos móviles, cámaras, tarjetas de circuito, dispositivos médicos y dispositivos miniatura de seguridad y control aeroespacial.

Los tres sistemas básicos de microrroscas son las roscas de tornillo miniatura unificadas (identificadas como UNM), las pequeñas roscas basadas en pulgadas ANSI B18.6.3 y las roscas métricas estándar ISO, que incluyen unos pocos tamaños micro. Como una indicación del tamaño de estas microrroscas, la altura de una rosca 0.5 UNM es de solo 83.8 micras (0.0033 pulgadas). Para este artículo definimos como microrroscas aquellas que tienen un paso de 80 hilos por pulgada (TPI) o más.

Pueden usarse seis procesos para producir microrroscas: roscado, torneado convencional, embutido de roscas, laminado de roscas, rectificado y rectificado electroquímico (ECG). El embutido y el laminado de roscas se realizan en tornos, con herramientas diferentes a la herramienta con ranura en “v” convencional.

Roscado
Los micromachuelos están disponibles en acero de herramientas de alto carbono con aleación especial, acero rápido endurecido, acero rápido con recubrimiento de TiN y acero rápido con recubrimiento de TiCN. Están disponibles ocho geometrías diferentes del machuelo en diferentes tamaños.

Los materiales difíciles de mecanizar requieren, a menudo, el uso del extremo superior de la tolerancia permitida del agujero taladrado, para prevenir la rotura del machuelo. Un taller debe establecer sus propios límites de diámetro, inferior y superior, para ser exitoso, pero podría ser restringido a trabajar con solo la mitad de la tolerancia permitida con el fin de prevenir la rotura, para producir aún una forma de rosca “completa” aceptable.

Los machuelos de corte con flautas rectificadas, pero con roscas sin rectificar, aunque son menos costosos, se quiebran más seguido que aquellos con roscas rectificadas. Pero estos machuelos pueden ser exitosos en piezas de aluminio. Los machuelos de conformado en frío sin flautas y de tamaño micro, efectivos en materiales suaves, normalmente se quiebran en materiales más duros.

Tabco Optical Inc. (Fallbrook, CA) es una de las pocas compañías que suministra micromachuelos y tornillos terminados. El presidente de la compañía, Steve Boudreau, opera unas instalaciones de micromanufactura de precisión que produce piezas de diseño especial para la industria médica y comercial.

Boudreau vende varios tamaños de micromachuelos, de 0000-160 a 0-80, y 0,5 mm a 1,4 mm. Él tiene, incluso, unos pocos machuelos de rosca izquierda en estos tamaños. Los machuelos están disponibles en acero rápido endurecido, y pueden comprarse con recubrimiento de TiN. También comienza a ofrecer TiCN. Los machuelos recubiertos logran una vida útil tres veces mayor que la de las herramientas sin recubrimiento. En los aceros inoxidables serie 300, los machuelos pueden tener vidas útiles de 500 a 1.000 o más agujeros, aunque no en materiales más duros. La selección de los estilos del machuelo depende del tamaño, pero en algunos tamaños, él vende machuelos semicónicos, machuelos semicónicos para fondos, machuelos de rodillo para conformado y machuelos de rodillo para conformado de fondos. Los machuelos de corte se suministran con tres flautas.

También explica que la fijación es crítica para los micromachuelos, porque se quiebran con facilidad si no comienzan rectos. La ubicación precisa debajo del husillo es esencial. En máquinas de tornillos, él usa boquillas de compensación axial Rego-Fix para el microrroscado.

J.I. Morris Company (Southbridge, MA) es un gran fabricante de tornillos miniatura y un proveedor de machuelos y calibradores. Los calibradores de la compañía varían de 000-160 a tamaños más grandes, y sus machuelos incluyen el tipo semicónico, de fondos, cónicos y tipo gun. Los machuelos comienzan en 0,3 mm y comprenden la serie completa UNM. Los tamaños por debajo de 1 mm tienen dos flautas. Morris es uno de los pocos proveedores que tiene calibradores para estas roscas. Alouette Tool Co. (Fairport, NY) también provee machuelos, terrajas, herramientas de roscado y calibradores.

Terrajadora miniatura de tornillos guía
Las terrajadoras de tornillos guía pueden producir fácilmente algunos de los microtamaños más grandes, pero pocas, si es que las hay, proveen esa capacidad para los tamaños pequeños. Las terrajadoras más sensibles tienen controles de límite de torque ajustables, que devuelven automáticamente el husillo, limpian la viruta y luego continúan el roscado a la profundidad establecida.

La terrajadora de tornillos guía más pequeña, de diferentes proveedores, es para el rango de 0.80 TPI, pero la Milman T-700-3 se diseñó para roscar todos los tamaños UNM. La T-700-1 fue ideada para las roscas 80-200 TPI. Milman Engineering (Rochester, Wash.) no fabrica más estas máquinas por la falta de demanda, pero la compañía suministra partes de repuesto para las 500 máquinas en uso. La Milman LT-250 de hoy puede producir roscas 0-90.

Torneado
Los microtornillos se producen normalmente en máquinas para tornillos automáticas. Las roscas pueden cortarse con herramientas de ranura en “v”, así como con las roscas convencionales, con peine de roscar (sujetadores tipo disco con tres o más puntos de minicorte), con terrajas o con herramientas de rodillos para roscar.

Los clientes pueden hacer sus propios cortadores automáticos tipo suizo para roscar, o pueden comprarlos a los fabricantes de herramientas. Kevin Wilson, de la empresa Sandvik, comenta que el CoroCutXS provee una herramienta de roscado con paso de 0,2 mm (127 roscas/pulgada) para máquinas tipo suizo. Estas son usadas diariamente en acero por algunos fabricantes de autopartes. La empresa WhizCut también produce insertos de carburo para roscas de 1,0 mm (pasos de 0,25 mm).

Las terrajas están disponibles para estas máquinas, tanto para configuraciones de rosca completa como para dientes escalonados (media rosca). Encontrar peines de roscar en tamaños UNM es un reto, pero J.I. Morris ofrece herramientas de roscar rectificadas en HSS para 0.8 UNM y superiores. En materiales más duros, los peines de roscar producen solo 150 a 200 partes antes de desgastarse.

Las terrajas pueden ser una mejor solución que los peines de roscar. En materiales más duros, pueden producir 300 partes para cada matriz y son menos costosas que los peines. Estas herramientas sencillas, sin embargo, producen rebabas y dejan crestas de rosca afiladas. Las terrajas están disponibles en 1 mm y superiores.

Laminado de roscas
El laminado de roscas, en el cual se forma la rosca en frío, ofrece una apariencia superior de la superficie de la rosca, mejor tolerancia y una vida de la herramienta más larga en los cortadores. Tiene un gran número de ventajas sobre el corte de roscas:

• Las crestas de la rosca son redondas en lugar de afiladas.


• No se producen rebabas sueltas en las roscas.


• El acabado superficial en las roscas es muy bueno.


• La forma de rosca resultante es excelente.


• La tasa de avance puede ser el doble de la de los procesos de corte.


• Para muchas aplicaciones, la vida de la herramienta puede ser por lo menos de mil partes por herramienta, y el costo por herramienta será menor que el de las terrajas.


• Las roscas formadas en frío son más fuertes que las roscas cortadas.


• Las fuerzas de conformado pueden ser significativamente menores que en el corte.

El diámetro del blanco a roscar es muy importante para obtener unas roscas laminadas correctas. Un incremento de 2,4 micras (0.0001 pulgadas) en el diámetro del blanco, incrementa la forma de la rosca en 10,1 micras (0.0004 pulgadas). Tanto la forma de la rosca como el tamaño pueden variarse al cambiar el tamaño del blanco de la parte, la velocidad del husillo y al ajustar los rodillos de roscado. Es importante comenzar con un blanco ligeramente por debajo del tamaño, y luego ajustarlo fuera hasta que se logre una forma de rosca completa. Los blancos para roscar ligeramente sobredimensionados pueden fracturar o resquebrajar los rodillos de roscado.

El laminado de roscas sacará el material, extendiendo el extremo de la parte, lo cual puede requerir la modificación de las especificaciones de la rosca o una operación de terminado del extremo subsecuente. Ya que el laminado estira el material, la rosca del extremo en roscas largas puede no cumplir el espacio de paso requerido.

Boudreau, de Tabco, usa matrices de rodillos de roscado Habegger, de Suiza, en sus máquinas para laminar roscas de tornillo. Estas matrices están disponibles en la empresa Alouette Tool Co., en tamaños ajustables desde 0,6 mm y superiores. Las matrices de laminado de roscas no ajustables están disponibles desde 0,35 mm y superiores.

Antrin Miniature Specialties (Fallbrook, CA) es un taller de máquinas de tornillos especializado en partes miniatura. Anne Odermatt, vicepresidente, y Oscar Lomeli, presidente, usan el laminado de roscas para producir roscas tan pequeñas como 0.4 UNM, tanto en acero inoxidable 303 como en A286. Mientras que los tornillos que fabrican son productos aeroespaciales y electrónicos, comunes para la compañía, ellos también han roscado extremos de alambres que iban desde 6 pulgadas hasta 6 pies de largo para usar en aplicaciones médicas.

Rectificado de roscas
James Vosmik, presidente en Drake Manufacturing Services Co. (Warren, Ohio), dice que la rectificadora GS TEM-Mini de su compañía es capaz de producir roscas M0.5 x 0.125 (203 tpi) de paso en acero rápido endurecido, para hacer machuelos de conformado. Estos y otros machuelos M3 y menores son usados en la electrónica de consumo, por ejemplo, en la placa posterior del iPad de Apple, en múltiples materiales, incluido el acero inoxidable. Anota que los usuarios le están solicitando desarrollar un software que acomode alivios no estándar en los machuelos de conformado. Así que Drake ha desarrollado un programa de software CNC que les permite a los usuarios escoger cualquier configuración de alivio de rosca que necesiten y luego traducir ese archivo dxf en controles de máquina para producir esa forma en el machuelo. Varios de estos usuarios tienen formas propias y cada uno quiere una forma diferente, que creen le da al machuelo una vida útil más larga en una aplicación determinada.

Rectificado electroquímico de roscas
Neil Ashbaugh, especialista sénior de soporte en mercadeo para Oberg Industries (Freeport, PA), comenta que su compañía rectifica electroquímicamente para obtener roscas suaves y totalmente libres de virutas en productos como tornillos de nitinol de 1 mm con 101 roscas por pulgada. La compañía compró y mejoró un proceso ECG, que denomina MDP (proceso de descomposición molecular). Según Ashbaugh, las máquinas comerciales no ofrecen el detalle fino que Oberg necesita, de modo que ellos diseñan y construyen sus máquinas, desarrollan sus propios algoritmos para los suministros eléctricos, especifican y producen sus propias ruedas, y personalizan sus electrolitos biodegradables. Esta adecuación le da a la compañía la flexibilidad de personalizar soluciones y ruedas para ser tan agresiva o suave como sea necesario para cada aplicación determinada.

Anca Inc. es un proveedor comercial de máquinas ECG que pueden producir microrroscas. La rectificadora Anca TapX es usada para hacer machuelos industriales y machuelos especiales para la industria médica.

Inspección de microrroscas
La medición de microrroscas tiene una cantidad de problemas potenciales, y los usuarios probablemente necesitarán escribir sus estándares particulares de aceptación para estas microrroscas. También hay varias razones por las que los usuarios deberían inspeccionar los calibradores, machuelos y tornillos comprados, para asegurar que cumplen con sus estándares definidos:

• Los estándares de aceptación de calibradores no existen para algunos tamaños.


• Los calibradores duros (de contacto físico) desgastan las roscas de la parte más allá de los límites.


• Muchos proveedores no listan la clase de aceptación de sus calibradores.


• Los patrones de anillo de roscas UNM comprados pueden ser incorrectos.


• Los cuadros de comparación de forma de roscas comprados pueden tener errores de raíz y tener más tolerancia que la permitida por los estándares federales.


• La inspección de alambres roscados puede no concordar con la inspección visual de 160x.


• Los calibradores de roscas comprados pueden llegar con rebabas en ellos.


• Los calibradores de microrroscas se quiebran con facilidad. Tener un suministro adecuado de calibradores puede ser un problema.


• Los centros macho en los calibradores pueden hacerlos inaceptables para usar en agujeros ciegos.


• Los usuarios necesitan determinar sus incertidumbres de medición e incorporarlos en sus estándares de aceptación.


• La textura superficial o acabado en las microrroscas puede no ser aceptable.

Según el estándar de roscas UNM, “la calibración de contacto, tal como el uso de calibradores de anillo pasa/no-pasa, alambres de medición y juegos de calibradores cónicos, puede ser usada para tamaños de 0.70 UNM y superiores”. Los calibradores cilíndricos no-pasa deberían usarse primero, e insertarse en el agujero solo una vez porque las inserciones repetidas pueden desgastar las diminutas roscas más allá de los límites de tolerancia. Luego debería usarse un calibrador cilíndrico pasa, también insertado solo una vez.

La empresa Thread Check Inc. ofrece una completa gama de calibradores cónicos y de anillos para tornillos miniatura unificados de 0,3 a 1,4 mm, para medir roscas externas e internas. La línea incluye pasa, no-pasa y juegos de calibradores de anillo.

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