Un repaso a las tres principales técnicas

¿O es rebabado? ¿O quizás desbarbado? Lo cierto es que la palabra usada para describir el proceso de quitar las rebarbas internas o externas de una pieza, aunque haya discrepancias al respecto dependiendo de a quien se le pregunte, no afecta a los procesos utilizados para lograr tal fin. En este artículo usaremos los tres términos indistintamente y en todos los casos nos estaremos refiriendo a la operación cuyo objetivo es el de eliminar los trozos de metal que dejan las operaciones de mecanizado en las piezas y que por diferentes razones no es deseable que estén presentes.

Hoy en día, un tiempo en el cual las tolerancias son cada vez más pequeñas, es imprescindible contar con sistemas de rebarbado que garanticen un resultado adecuado con las exigencias de las industrias que están afectadas por este problema de producción.

El desbarbado de piezas ha sido generalmente relegado a sistemas cuasi-artesanales, en los cuales la labor manual ocupaba un lugar primordial. Como todos los que estamos involucrados con la producción de piezas destinadas a la industria automovilística, aeronáutica, médica o de la electrónica sabemos, garantizar calidad y productividad son requisitos indispensables para que los sistemas de producción globales funcionen correctamente. Los sistemas tradicionales de desbarbado, manuales, por vibración o por cepillado no aseguran ni calidad ni productividad, y como consecuencia vemos que están siendo substituidos por sistemas no-convencionales que se adaptan muy bien a las líneas de producción existentes en las plantas modernas que deben cumplir con las normas ISO, QS, etc.

Se hace necesario el considerar a la operación de rebarbado como una más en la cadena productiva y darle así la importancia que se merece, planeando el proceso de desbarbado a la hora de diseñar la pieza, y no como una solución a un problema inesperado.

Existen varios tipos de rebarbado no-convencionales dependiendo del material a ser tratado, del tipo de rebarba, de la geometría de la pieza o del nivel de producción. En este documento nos concentraremos en tres sistemas: rebarbado por flujo abrasivo, AFM; rebarbado térmico, TEM; y rebarbado electrolítico, ECM.

Estos tres procesos tienen características únicas que los diferencian del resto de los sistemas disponibles, siendo los más ampliamente usados debido a su confiabilidad, gran espectro de aplicaciones para los cuales son adecuados y la presencia de proveedores con amplia experiencia en estos productos. Extrude Hone Spain S.L. división de Extrude Hone Corp. ofrece los tres procesos tanto como proveedor de máquinas como en régimen de subcontratación.

Empecemos por explicar el proceso de rebabado por flujo abrasivo:

En este proceso un abrasivo visco-elástico es forzado a través de los pasajes o superficies donde es necesario el trabajo de rebarbado. El pasaje a alta presión de este polímero abrasivo suprime las rebarbas, a la vez que mejora la condición de la superficie por donde circula, redondeando las aristas de las intersecciones por donde es forzado a pasar. Una estación hidráulica es la responsable de suministrar la fuerza de extrusión para los cilindros donde la pasta es localizada y contenida.

En este proceso hay tres elementos a tener en cuenta a la hora de determinar los parámetros del mismo. El tipo de polímero, que es el que controla la viscosidad de la pasta abrasiva, el tipo y tamaño del abrasivo, que nos permite controlar el grado de agresividad del trabajo de rebarbado y por último la presión de extrusión del elemento abrasivo, lo que permite controlar la velocidad de pasaje de la pasta a través de la pieza.

El tipo de polímero es importante ya que un polímero de alta viscosidad fluirá como un sólido, actuando en las paredes del pasaje, mientras que un polímero mas blando actuará mas como un líquido, siendo más efectivo en las aristas, como se puede apreciar en la figura 1.

La correcta selección del tamaño y tipo de abrasivo son indispensables para la obtención de resultados satisfactorios al usar este proceso. Un grano abrasivo de pequeño tamaño nos permite lograr superficies bien pulidas y procesar orificios de dimensiones de hasta 0,2 mm mientras que un abrasivo de grandes dimensiones nos permite quitar rebarbas de gran tamaño como las producidas por las operaciones de mecanizado resultando en grandes radios en las aristas y tiempos de proceso cortos.

La correcta presión de extrusión de la pasta abrasiva controla la velocidad de pasaje de la pasta, y así el tiempo de proceso es disminuido o aumentado de acuerdo a las exigencias de productividad de la operación de rebarbado. Una presión demasiado baja resultará en tiempos de proceso excesivamente altos, pero permite el proceso de piezas de gran tamaño, mientras que una presión muy alta generará un aumento de la temperatura de la pasta que debe ser controlada con intercambiadores de calor.

Un equilibrio entre la viscosidad del polímero, el tamaño del abrasivo y la presión de extrusión hace posible la aplicación de este proceso a un sinnúmero de piezas ayudando a resolver problemas de rebarbado de distinta índole y características.

AFM, o mecanizado por flujo abrasivo, como denota la sigla en inglés, tiene las siguientes ventajas:

• Es capaz de rebarbar, pulir o redondear aristas de manera precisa en áreas de difícil acceso.

• Mejora la calidad de superficie

• Incrementa la vida de las piezas tratadas y reduce el desgaste de las mismas en el caso de matrices.

• Remueve las capas recocidas de electroerosión o de defectos de marcas de mecanizado.

• El proceso se puede controlar con gran precisión lográndose una gran repetividad.

• Es posible tratar varias piezas simultáneamente con los utillajes adecuados.

Este proceso utiliza un equipamiento específico, que permite la extrusión de la pasta abrasiva por los pasajes a los que se quieren procesar. Existen diferentes configuraciones dependiendo de la aplicación, de la precisión necesaria y del volumen de producción. En la figura 3 se pueden apreciar los diferentes tipos de equipos de los que se pueden hacer uso para poder aplicar este proceso a los diferentes segmentos de la industria.

Con respecto a los otros procesos de rebarbados tratados aquí AFM es el único que permite el rebarbado y el pulido de manera simultánea. Asimismo, en aplicaciones donde los radios de las intersecciones requieren una regularidad y una calidad de superficie muy buena AFM es la única opción que resulta en una calidad superior y que además garantiza la repetividad de los resultados. Generalmente, AFM resulta ser el proceso más costoso, debido al consumible pasta abrasiva y al comparablemente largo tiempo de proceso que se sitúa muy por encima del térmico o del electroquímico. Por lo tanto, AFM es el proceso usado cuando los otros dos, por razones de calidad o de capacidad de los procesos mismos no ofrecen la solución óptima para el problema de rebarbado en cuestión.

En cuanto a las limitaciones que este proceso presenta las más importantes son la incapacidad de procesar piezas con rebarbas externas, el a veces problemático paso de quitar la pasta abrasiva de las piezas una vez desbarbadas y la necesidad de utillajes generalmente complejos y caros.

En el proceso de rebarbado térmico se efectúa una combustión dentro de una cámara cerrada herméticamente. Las rebarbas son vaporizadas instantáneamente cuando una mezcla de gases es encendida generando un aumento de la temperatura hasta 3.000°C en un período de tiempo muy corto. Esta fuente de energía hace que las rebarbas se vaporizen y se transformen en óxidos del metal del que están constituidas. Estos óxidos generalmente quedan adheridos a las superficies de los componentes, por lo que es necesaria una etapa posterior de remoción de los mismos, a no ser que las piezas vayan a ser tratadas térmicamente, galvanizadas o decapadas, ya que estos procesos remueven la capa oxidada.
La máquina de rebarbado térmico se compone de un sistema hidráulico que permite el cerrado de la cámara de ignición con fuerzas de hasta 400 toneladas, un sistema de alimentación de gases que recibe el oxígeno y el combustible de los depósitos presurizados, ajusta esta presión a la necesaria y los inyecta en la cámara, un sistema de refrigeración y un sistema de control por PLC con monitorización de todas las variables y componentes expuestos a la ignición. Esta última característica es muy importante debido al intrínsico peligro que el manejo de gases presurizados conlleva. La figura 4 nos muestra un esquema del equipo TEM.

Figura 4

El Proceso TEM se caracteriza primordialmente por su altísima productividad. No es extraño que un equipo TEM procese mas de 25.000 piezas en un día de producción. Esto lo hace muy adecuado para los sectores de la manufactura donde los niveles de producción son muy altos como es el caso de la industria de la automoción, o de la inyección de metales leves como el aluminio o el magnesio. Como contrapartida, el proceso TEM no presenta la precisión que AFM sí nos brinda, pero esto no lo hace menos atractivo, siempre y cuando se conozcan sus limitaciones y sus desventajas. El proceso TEM es capaz de eliminar rebarbas de tamaños más grandes que los dos otros procesos, pero no es capaz de quitarlas en su totalidad, dejando siempre lo que se conoce como la raíz de la rebarba, o ese tramo de la misma que es la que está adherida a la pieza. Por lo tanto, si lo que se necesita obtener con esta operación es la eliminación total de la rebarba, el proceso TEM no es el adecuado. Si lo que se pretende es la supresión de las rebarbas internas o externas, de manera indiscriminada aceptando la existencia de pequeñas raíces que no se desprenden de la pieza, entonces TEM es la solución más barata y adecuada. TEM rebarba toda la pieza simultáneamente, sin necesidad de utillajes o localización. La carga de la pieza en la máquina generalmente se hace a granel, por lo que es posible la manipulación de grandes cantidades de piezas por hora.

El proceso TEM presenta las siguientes ventajas:

La figura 5 nos muestra una máquina TEM Extrude Hone modelo P400 con capacidad para procesar piezas de hasta 400 mm de longitud o altura.

Las máquinas TEM se describen por el tamaño de las cámaras de ignición y la fuerza de cerrado del sistema hidráulico.

Con respecto a los costos del proceso la gran desventaja de este sistema es el alto costo de los equipos que en general son tres o cuatro veces más costosos que los de rebarbado por pasta abrasiva o electroquímicos. El costo operativo del proceso es probablemente el más económico de los tres, ya que el consumo de oxígeno y combustible por ciclo de máquina es muy bajo. El mantenimiento de las máquinas, especialmente de todos los componentes expuestos a la ignición es el factor de costo más significativo, ya que es indispensable un mantenimiento exhaustivo por razones de seguridad.

Los problemas más comunes que el sistema TEM presenta, se deben al carácter violento del proceso, ya que dentro de la cámara de ignición, las presiones a la hora de la misma son muy grandes. Por lo tanto en ocasiones ocurren golpes entre las piezas tratadas, por lo que es necesario colocar algún tipo de protección. Otro problema que surge es el cambio de color en las piezas una vez tratadas, que generalmente acaban siendo más oscuras que previo a la entrada en la máquina. Si estas piezas serán recubiertas con un baño, o tratadas térmicamente, ese cambio de color deja de ser un problema ya que estas operaciones finales dan solución al descoloramiento. De todas maneras, en el caso de piezas de acero o de metales ferrosos, es necesario un lavado posterior con un baño deoxidante, ya que la pieza sale de la cámara recubierta por una capa de óxido de hierro que hay que quitar.

La característica más notable del proceso electroquímico, o electrolítico, es la posibilidad que brinda de ser muy preciso y selectivo a la hora de realizar la operación de rebarbado. Ésta se realiza mediante la confección de un dispositivo llamado cátodo, especialmente diseñado para cada aplicación que se conecta al polo negativo de una fuente de corriente continua, y que se localiza de forma muy precisa enfrente a la rebarba. Mediante la aplicación de una corriente de alto amperaje y bajo voltaje se logra la disolución de las rebarbas a través de una oxidación del metal que las constituye. El pasaje de una solución salina concentrada llamada electrolito entre la pieza y el cátodo permite la remoción de estos óxidos de forma rápida evitando así la pasivación de la superficie permitiendo continuar con el proceso hasta que la rebarba es completamente eliminada y un radio de tamaño variable es formado en la arista donde la rebarba ha sido quitada. La figura 6 nos muestra un ejemplo típico de un utillaje ECM.

La gran selectividad a la hora de efectuar la operación hace que este proceso sea especialmente apreciado en aplicaciones donde es esencial mantener las tolerancias de geometría inalteradas en el resto de la pieza. Ejemplos de estos casos son aplicaciones aeronáuticas, medicas o de semiconductores.

Las máquinas de rebarbado electroquímico se componen de un sistema de alimentación de electricidad, un generador de corriente continua generalmente de hasta 600 amps, un sistema de distribución de electrolito con su filtro, el utillaje compuesto por un cátodo y el ensamble de fijación de la pieza, y un sistema de control que monitoriza las variables del proceso a tiempo real. Estas variables son la conductividad del electrolito que está directamente relacionada con la concentración de sal en el agua, la temperatura que también afecta la conductividad, el Ph del electrolito, la presión del flujo de electrolito, el tiempo de proceso, y los dos parámetros de la corriente, el amperaje y el voltaje. Podemos apreciar el diagrama de una máquina ECM Extrude Hone con todos sus componentes en la figura 7.

El proceso presenta las siguientes características:

• Ciclos de proceso muy rápidos

• Piezas no afectadas por temperatura o procesos mecánicos.

• El tiempo o la efectividad del proceso es independiente de la dureza del material a ser rebarbado

• Mínimo desgaste de los utillajes y cátodos

• Posibilidad de tratar varias piezas o varias áreas de la pieza de forma simultánea

• Selectividad con respecto a donde aplicar el proceso

Los problemas que presenta el proceso de rebarbado electrolítico se relacionan especialmente con el carácter corrosivo del electrolito, por lo que las piezas deben ser lavadas casi inmediatamente después de procesadas. Y en algunos casos no es aplicable. Los cátodos, que llevan un aislamiento en las áreas de los mismos donde no se quiere que haya interacción con la pieza, tienen que ser reemplazados periódicamente debido al desgaste de esta capa de aislamiento. Además, la rebarba debe estar accesible para la introducción del cátodo hasta la proximidad de la misma. Las rebarbas no pueden ser de un tamaño demasiado grande ya que la parte expuesta del cátodo no puede estar en contacto con la misma, por lo que es necesario una operación de eliminación de virutas antes de poder aplicar el proceso. Las piezas deben estar limpias antes de poder ser procesadas, ya que lubricantes de corte o aditivos podrían contaminar el electrolito generando problemas de calidad.

Cada pieza debe tener su utillaje dedicado, aunque es fácil adaptar las máquinas de una aplicación a otra.

Como se puede apreciar, los tres procesos tienen sus ventajas, desventajas, limitaciones y puntos fuertes.

A modo de guía rápida, los siguientes son algunos puntos a considerar a la hora de escoger un sistema de rebarbado que se adecue a una aplicación garantizando calidad a un bajo costo:

• Aplicaciones de muy alto volumen de producción: TEM (+ 30.000 piezas al día)

• Piezas donde es necesario un radio: AFM o ECM

• Aplicaciones donde es necesario una mejora en la superficie: AFM

• Aplicaciones con rebarbas internas y externas: TEM

• Aplicaciones con microrebarbas: TEM

• Piezas con rebarbas no accesibles: TEM o AFM

• Piezas de sinterizado: AFM o ECM

• Piezas con rebarbas excesivamente grandes: TEM

Lo importante es escoger el método que sea más adecuado para la aplicación, testear los diferentes sistemas y determinar los costos beneficios de cada uno de ellos. Como dijimos al comienzo, el problema que el desbarbado presenta debe ser encarado como una operación más en la cadena productiva a la hora del diseño de la pieza, y si es posible hacerlo constar en los planos de la pieza, especificando el proceso escogido y los parámetros del mismo.

AFM, ECM y TEM constituyen un menú de soluciones que es capaz de resolver casi el 100% de los problemas presentados hoy en día en las plantas de producción. El conocimiento profundo de sus principios es esencial a la hora de plantear el uso de uno u otro de manera inteligente y efectiva.

Esperamos que esta guía a modo de introducción ayude a las empresas dedicadas al mecanizado, decoletaje, inyección de metales livianos o estampados a entender mejor las opciones disponibles a la hora de resolver sus problemas de rebarbado... ¿o se dice desbarbado?