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Noviembre de 2011 Página 1 de 2

Más allá del fresado o rectificado

Peter Zelinski

Los ingenieros de la Nasa encontraron en el mecanizado por ultrasonido la solución para trabajar materiales que antes eran casi imposibles de mecanizar.

Cuando usted piensa en los retos técnicos de la exploración espacial no tripulada, hay posibilidad de que considere la dificultad de llevar una nave espacial de forma segura a una ubicación algo precisa en órbita o a otro mundo. La capacidad de los ingenieros para hacer esto sigue siendo una maravilla. Sin embargo, los retos no terminan allí. Esa nave no tripulada también necesita explorar.

Específicamente, debe tomar medidas —generalmente medidas precisas de sustancias miniatura o longitudes de onda discretas de radiación—. El equipo de la nave tiene que ser lo suficientemente sensible para lograr esto, pero al mismo tiempo bastante robusto para funcionar ante exigencias que incluyen variación extrema de la temperatura. Para la Nasa, el Taller de Instrumentos Espaciales, parte del Laboratorio de Propulsión Jet en Pasadena, California, es una de las ubicaciones donde se hacen estos dispositivos de detección.

Un área esencial de la experticia de este taller es el micromecanizado. Unos centros de mecanizado precisos, incluidas dos máquinas Bostomatic equipadas con microscopio, fresan y taladran pequeños componentes de instrumentos para producir características que en general son apenas visibles para una visión no asistida. Otra máquina de fresado CNC, construida a medida para el taller por DAC International, maneja trabajos aún más finos, usando un husillo de 110.000 rpm y una resolución de posicionamiento de 10 micropulgadas. La mayoría de partes que se producen en el taller son bloques microonda con canales fresados para guiar la onda, generalmente con menos de 0.010” de ancho y a menudo casi tan pequeños que llegan a 0.001” de ancho.

Peter Bruneau, uno de los especialistas de mecanizado involucrados en este trabajo, dice que otra área de experticia del taller —un área que él ve crecer en significado— es el mecanizado de materiales exóticos. De hecho, prevé el aumento en importancia de esta área, específicamente en el micromecanizado. El taller expandió recientemente sus capacidades con la adición de un centro de mecanizado de cinco ejes “ultrasónico” Sauer de DMG/Mori Seiki. Gracias a la capacidad de producir componentes precisos relacionados con la electrónica a partir de cerámicos antes no mecanizables, la máquina dará nuevas posibilidades de diseño a los ingenieros de la Nasa.

Alta frecuencia
Los ingenieros de diseño y científicos de la Nasa consultan de forma rutinaria al Taller de Instrumentos Espaciales, confiando en sus integrantes como mecánicos y como consejeros de manufactura. Usualmente, les ayudan sugiriendo mejoras a los diseños de parte para asegurar la manufactura. Algunas veces, cuando hay partes críticas que lo requieren, el taller busca nuevas capacidades. Ese fue el caso con un conjunto de espejos hechos de Vidrio de Ultra Baja Expansión (un producto Corning) para el satélite Orbiting Carbon Observatory 2. Los espejos estaban siendo rectificados antes de una operación de lapeado inclinada, pero el rectificado era lento, costoso y con tendencia a dejar grietas superficiales. En busca de una alternativa, JPL encontró que el mecanizado ultrasónico produciría los espejos de forma más eficiente y confiable.

El proceso es algo parecido al fresado y un poco como el rectificado, pero al final difiere de ambos métodos. La máquina-herramienta de ultrasonido está equipada con un husillo de 42.000 rpm que acomoda un portaherramientas del centro de mecanizado y una herramienta de corte. Durante la remoción de material con ultrasonido, sin embargo, la máquina sujeta en su lugar una herramienta abrasiva. Al oscilar rápidamente la herramienta con una amplitud estrechamente controlada, la máquina burila el material usando impactos microscópicos a una tasa de decenas de miles de golpes por segundo.

Mecanizar de esta forma implica por lo menos un parámetro sujeto a otros procesos, porque la herramienta está “sintonizada” para encontrar una frecuencia de oscilación estable. Esa frecuencia está en algún punto entre 20.000 y 50.000 hertz. Donde el proceso usa parámetros familiares, él dice que los valores de esos parámetros confrontan sus expectativas. Inicialmente, basó sus decisiones sobre la tasa de avance y profundidad de corte en su experiencia con el rectificado, pero encontró que esto hacía el corte demasiado conservador. Por ejemplo, una herramienta fina de grano 200 permite fácilmente mecanizar los espejos de cerámica hasta a 40 ipm, una tasa de avance que incluso una herramienta de movimiento rápido grano 60 no permitiría cuando las partes fueran mecanizadas mediante rectificado.

Acerca del autor

Peter Zelinski

Es editor de proyectos especiales de la revista Modern Machine Shop, del grupo editorial Gardner Publications con sede en Cincinnati, Ohio, E.U.
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