El mecanizado de ultraprecisión se refiere a procesos de fabricación de precisión que logran niveles extremadamente altos de precisión y calidad superficial. Su definición es relativa y cambia con los avances tecnológicos.
Actualmente, esta técnica puede alcanzar dimensiones y formas submicrométricas e incluso nanométricas, con rugosidades superficiales en la escala nanométrica. Los métodos de mecanizado de ultraprecisión incluyen corte de ultraprecisión (como torneado y fresado de ultraprecisión), rectificado de ultraprecisión, lapeado de ultraprecisión y procesamiento especial de ultraprecisión.
Corte de ultraprecisión
El corte de ultraprecisión implica principalmente el torneado con herramientas de diamante, utilizadas principalmente para mecanizar aleaciones no ferrosas, vidrio óptico, mármol y materiales no metálicos como placas de fibra de carbono. La alta precisión alcanzada en el corte de ultraprecisión se debe a la baja afinidad entre las herramientas de diamante y las aleaciones no ferrosas, además de su excelente dureza, resistencia al desgaste y conductividad térmica.
Además, en el corte de ultraprecisión se adoptan cojinetes neumáticos de alta precisión, guías de aire flotantes, componentes de detección de posicionamiento y medidas como temperatura constante, aislamiento de vibraciones y amortiguación de vibraciones.
Esto garantiza un valor Ra de rugosidad superficial inferior a 0,025 μm y una precisión geométrica de hasta 0,1 μm, lo que hace que el corte de ultraprecisión sea cada vez más popular en aplicaciones aeroespaciales, ópticas y civiles, avanzando hacia una mayor precisión.
Rectificado de ultraprecisión
La molienda de ultraprecisión es un método de procesamiento a nivel submicrónico, que avanza hacia el nivel nanométrico. Se refiere a un método de rectificado que logra una precisión de procesamiento de 0,1 μm o superior y un valor Ra de rugosidad superficial inferior a 0,025 μm, adecuado para procesar materiales duros y quebradizos como acero, cerámica y vidrio.
Los procesos tradicionales de esmerilado y pulido se pueden eliminar mediante un esmerilado de ultraprecisión para lograr la rugosidad superficial requerida. Además de garantizar formas y dimensiones geométricas precisas, se puede lograr una rugosidad superficial similar a un espejo mediante un rectificado de ultraprecisión.
Corte de ultraprecisión
El lapeado de ultraprecisión incluye el lapeado mecánico, el lapeado químico-mecánico, el lapeado flotante, el mecanizado por emisión elástica y el lapeado magnético. La tolerancia de desviación esférica de las piezas procesadas mediante lapeado de ultraprecisión puede alcanzar los 0,025 μm y el valor Ra de rugosidad de la superficie puede alcanzar los 0,003 μm.
Las principales condiciones para el lapeado de ultraprecisión son un control preciso de la temperatura, un procesamiento sin vibraciones, un entorno limpio y partículas abrasivas pequeñas y uniformes. También son indispensables métodos de detección de alta precisión.
Procesamiento especial de ultraprecisión
La tecnología de procesamiento especial de ultraprecisión está reconocida internacionalmente como una de las tecnologías más prometedoras del siglo XXI. Se refiere a métodos de procesamiento que utilizan formas de energía como energía eléctrica, térmica, óptica, electroquímica, química, acústica y mecánica especial para eliminar o agregar material.
Los principales objetos de aplicación incluyen materiales difíciles de procesar (como aleaciones de titanio, acero inoxidable resistente al calor, acero de alta resistencia, compuestos, cerámicas de ingeniería, diamantes, rubíes, vidrio endurecido y otros materiales de alta dureza y tenacidad. alta resistencia, alto punto de fusión), piezas difíciles de procesar (como cavidades tridimensionales complejas, orificios, orificios grupales y ranuras estrechas), piezas de baja rigidez (como piezas de paredes delgadas, elementos elásticos) y procesos que logran soldadura, corte, perforación, pulverización, modificación de superficies, grabado químico y procesamiento fino con vigas de alta densidad de energía.
Estos métodos de procesamiento incluyen tecnología de procesamiento láser, tecnología de procesamiento de haz de electrones, tecnología de procesamiento de haz de iones y plasma, tecnología de procesamiento eléctrico, etc., con solo una breve introducción aquí.
Procesamiento láser
El procesamiento láser implica un generador láser que enfoca luz láser de alta densidad de energía sobre la superficie de una pieza de trabajo. La energía luminosa absorbida se transforma instantáneamente en energía térmica, que, en función de su densidad, puede lograr una perforación, corte y producción de micromarcas antifalsificación de precisión.
Con el rápido desarrollo de los equipos y la tecnología de procesamiento láser, han surgido láseres de alta potencia de más de 100 kW y láseres de estado sólido de haz alto de nivel de kilovatios equipados con fibra óptica para trabajos de larga distancia y con múltiples estaciones.
Debido al alto nivel de potencia y automatización de los equipos de procesamiento láser, se adoptan ampliamente el control CNC y el enlace multicoordenada, equipados con sistemas auxiliares como monitoreo de potencia láser, enfoque automático y visualización de televisión industrial. En la actualidad, el diámetro mínimo del orificio logrado mediante la perforación con láser es de 0,002 mm, la velocidad de corte por láser de materiales delgados puede alcanzar los 15 m/min y la separación de corte es de solo entre 0,1 y 1 mm.
Las aplicaciones de la tecnología de fortalecimiento de superficies con láser, refundición de superficies, aleaciones y procesamiento amorfo se están generalizando cada vez más, y el microprocesamiento láser en electrónica, biología e ingeniería médica se ha convertido en una tecnología de procesamiento especial insustituible.
Procesamiento de haz de electrones
El procesamiento por haz de electrones implica la emisión continua de electrones negativos desde el cátodo al ánodo en el vacío. Los electrones se aceleran y se concentran en un haz de electrones muy delgado y de alta densidad de energía durante la transición del cátodo al ánodo. Cuando los electrones de alta velocidad golpean la superficie de la pieza de trabajo, su energía cinética se transforma en energía térmica, lo que hace que el material se derrita y se vaporice, y luego se elimina del vacío.
Controlar la fuerza y la dirección de desviación del haz de electrones, combinado con el desplazamiento de control numérico de banco en las direcciones x e y (usando control CNC y enlace multicoordinado), puede lograr punzonado, corte de conformado, grabado, exposición de fotolitografía y otros procesos judiciales.
La tecnología de procesamiento de haces de electrones está madurando a nivel internacional y se utiliza ampliamente para la soldadura combinada de grandes estructuras de importantes componentes de carga, como cohetes de lanzamiento y naves espaciales, así como para la fabricación de importantes piezas estructurales como vigas, estructuras y trenes de aterrizaje de aviones. componentes, motores. Rotores integrales, carcasas, ejes de transmisión y recipientes a presión para dispositivos de energía nuclear.
La fabricación de circuitos integrados también adopta ampliamente la exposición a la fotolitografía por haz de electrones, que tiene una longitud de onda mucho más corta que la luz visible y logra una resolución de patrón de líneas de 0,25 μm.
Procesamiento de haz de iones
El procesamiento de haces de iones implica acelerar y enfocar los iones producidos por una fuente de iones en el vacío para alcanzar la superficie de una pieza de trabajo. En comparación con el procesamiento por haz de electrones, debido a que los iones tienen una carga positiva y su masa es millones de veces mayor que la de los electrones, pueden ganar mayor energía cinética después de la aceleración.
Dependen de la energía microscópica del impacto mecánico en lugar de convertir la energía cinética en energía térmica para procesar la pieza. El procesamiento por haz de iones se puede utilizar para grabado de superficies, limpieza ultralimpia y corte a nivel atómico/molecular.
Mecanizado de microdescarga eléctrica
El mecanizado por microdescarga eléctrica implica la eliminación de metal en un fluido de trabajo aislante a través de una alta temperatura localizada causada por una descarga de chispa pulsada entre un electrodo de herramienta y una pieza de trabajo. El proceso no implica fuerzas de corte macroscópicas; El control preciso de la energía de descarga de un solo pulso combinado con una microalimentación precisa puede eliminar materiales metálicos extremadamente finos.
Puede procesar microejes, agujeros, ranuras estrechas, superficies planas y curvas. El conformado por electroerosión y el corte de alambre de última generación pueden proporcionar una precisión de procesamiento a nivel micrométrico, capaz de procesar un microeje de 3 um y un orificio de 5 um.
Procesamiento microelectrolítico
El procesamiento microelectrolítico implica la descomposición del agua en iones de hidrógeno e iones de hidroxilo en un fluido de trabajo conductor. Los átomos metálicos de la superficie de la pieza, que sirven de ánodo, se convierten en cationes metálicos y se disuelven en el electrolito, siendo electrolizados gradualmente. Estos reaccionan con los iones hidroxilo del electrolito para formar precipitados de hidróxido metálico, sin que el cátodo de la herramienta se desgaste.
Durante el proceso de mecanizado tampoco se producen fuerzas de corte macroscópicas entre la herramienta y la pieza. Al controlar con precisión la densidad de corriente y la ubicación de la electrólisis, se puede lograr un procesamiento electrolítico de precisión a nivel nanométrico y la superficie no sufrirá estrés de procesamiento.
El procesamiento microelectrolítico se utiliza a menudo para pulido espejo, rectificado de precisión y situaciones que requieren un procesamiento sin estrés. Las aplicaciones de procesamiento electrolítico son amplias y se extienden desde paletas e impulsores integrales hasta carcasas, componentes de anillos de disco y procesamiento profundo de orificios pequeños.
Los espejos reflectantes metálicos de alta precisión se pueden procesar mediante procesamiento electrolítico. En la actualidad, la capacidad de corriente máxima de las máquinas de procesamiento electrolítico ha alcanzado los 50.000 A y se han implementado control CNC y control adaptativo multiparamétrico.
Procesamiento compuesto
El procesamiento de compuestos se refiere a tecnologías de procesamiento que utilizan varias formas y métodos diferentes de energía, combinando sus ventajas, por ejemplo, molienda electrolítica, procesamiento electrolítico ultrasónico, molienda electrolítica ultrasónica, descarga eléctrica ultrasónica, corte ultrasónico, etc.
El procesamiento compuesto es más eficaz y tiene una gama más amplia de aplicaciones que los métodos de procesamiento único.
