Proceso de Bruñido en Mecanizado

El proceso de bruñido es un proceso de mecanizado por abrasión, que se realiza en piezas que van a estar sometidas a grandes torsiones mecánicas. Con el bruñido conseguimos alisar o aplanar la rugosidad superficial de otros procesos de mecanizado por arranque de viruta. Es un proceso dónde realizamos una deformación plástica de la pieza para conseguir unas propiedades mecánicas mejoradas o concretas.

Vamos a ir viendo toda la información sobre este proceso, que por suerte hemos podido realizar hace unos años en una bruñidora horizontal Honingtec y así os contamos nuestra experiencia de primera mano.

En un taller de mecanizado, cuando vemos el plano de una pieza con una rugosidad aritmética (Ra) bastante baja, que suele estar comprendida entre 0.4 μm a 0.8 μm. Ya sabemos directamente, que vamos a necesitar de otro proceso de mecanizado más allá del mecanizado por arranque de viruta, para poder llegar a esa rugosidad superficial. Aunque el proceso de bruñido este comprendido entre una rugosidad de 0.4 μm a 0.8 μm, en la actualidad tenemos herramientas que consiguen una rugosidad por debajo de estas cifras.

Para poder llegar a esa rugosidad superficial, necesitamos realizar un proceso de bruñido. El proceso de bruñido es el siguiente proceso superior al proceso de rectificado, ya que con el rectificado conseguimos una rugosidad aritmética comprendida entre 0.8 μm a 1.6 μm aproximadamente. Con el proceso de bruñido, no necesitamos de otra operación, más allá del mecanizado por arranque de viruta, dejar las creces o demasía de medida necesarias para realizar el bruñido.

 

 

Este proceso, aunque pueda parecer similar al proceso de rectificado no es igual. En el rectificado la herramienta es una muela abrasiva que trabaja a altas revoluciones teniendo contacto con la pieza; sin embargo, en el proceso de bruñido, la pieza se puede encontrar estática o en movimiento y sus aplicaciones son mucho mayores. Con el bruñido se trabaja a velocidades más lentas, se consigue un acabado superficial mayor, mayor dureza superficial entre otras mejoras sustanciales.

 

 

Con el bruñido lo que hacemos es «aplanar las crestas de mecanizado». Todos los mecanizados con arranque de viruta dejan crestas en la superficie, con el bruñido lo que hacemos es aplanar esas crestas consiguiendo una superficie prácticamente perfecta con una rugosidad aritmética (Ra) menor a 1 μm. Al realizar el proceso de bruñido conseguimos varias características mecánicas, que veremos en este artículo.

¿En qué piezas se realiza el proceso de bruñido?

El proceso de bruñido se realiza principalmente en piezas dónde van a estar sometidas a grandes tensiones mecánicas. Las tensiones que van a sufrir dichas piezas, es debido al rozamiento con otras piezas al trabajar a altas velocidades. Una vez que hayamos visto las aplicaciones vamos a ver cuáles son las ventajas y desventajas del proceso de bruñido.

Podemos decir para que se entienda más claramente, que el bruñido se realiza en piezas donde su superficie de rozamiento tiene que cumplir unos requisitos mecánicos. Tener un acabado superficial por debajo de una rugosidad aritmética menor a 1 μm y en la mayoría de los casos una dureza superficial determinada.

Los sectores dónde se encuentran las piezas que necesitan de un proceso de bruñido son los siguientes:

• Automoción.
• Aeronáutica.
• Aeroespacial.
• Alimentación.
• Ferroviario.
• Electromecánico.
• Petroquímica.

Las principales piezas que necesitan de un proceso de bruñido de los sectores mencionados son los siguientes:

• Alojamiento de eje motor. Sus aplicaciones son en automoción y electromecánico entre otros. La parte bruñida de la pieza es el interior del alojamiento del eje motor.

   

  

   

• Guías y asientos de válvulas. Sus aplicaciones son en automoción, aeronáutica y aeroespacial. Las partes donde se realiza el proceso de bruñido, son el cono del anillo en el asiento de la válvula, el interior de las guías de válvulas y el interior del casquillo de válvula.

 

 

• Cremalleras de dirección. Sus aplicaciones son en el sector de la automoción. La parte dónde se realiza el proceso de bruñido es, en el interior del cilindro hidráulico.

 

 

• Cojinetes y casquillos de biela. Sus aplicaciones son en los se sectores de automoción, aeronáutica y aeroespacial.

 

 

• Engranajes. Sus aplicaciones son en los sectores de automoción, aeronáutica, aeroespacial, ferroviario, electromecánica y petroquímica.

 

 

• Cilindros y camisas en motores. Sus aplicaciones son en los sectores de automoción, aeronáutica, aeroespacial y ferroviario.

 

 

• Cilindros hidráulicos. Sus aplicaciones son en el sector de automoción, aeroespacial, electromecánico, y petroquímica.

 

 

• Moldes de inyección. Sus aplicaciones son en el sector de automoción y alimentación principalmente.

 

 

• Cilindros hidráulicos en el rotor de un helicóptero. Sector aeronáutico.

   

  

   

Estos serían unos ejemplos de entre otros muchos, de piezas dónde se realiza el proceso de bruñido. Ahora vamos a explicar porque se realiza y cuáles son sus ventajas y desventajas.

¿Por qué se realiza el proceso de bruñido?

El proceso de bruñido se realiza, porque no podemos conseguir las mismas propiedades mecánicas ni geométricas, en comparación con otros tipos de mecanizado, ya sea por arranque de viruta o por abrasión. 

Con este proceso conseguimos agujeros perfectos en redondez, concentricidad y paralelismo. 

En el caso de piezas en motores, la torsión que van a sufrir es tan alta, que las piezas tienen que tener una alta resistencia al desgaste. Además, si las superficies de diversas piezas de los motores no estuvieran bruñidas, podrían llegar a romper por fatiga.

En el caso de los cilindros ya sean hidráulicos o en motores de combustión, necesitan tener una muy buena lubricación durante los recorridos del pistón. Los émbolos de los pistones hidráulicos, tienen que tener una baja rugosidad, debido a la presión hidráulica de los cilindros y a los retenes que tiene los pistones, para no tener fugas de aceite.

En el caso de los moldes, es un caso especial porque se realiza un proceso de bruñido un poco diferente al resto de aplicaciones, aunque su fin es el mismo. En los moldes se realiza el proceso de bruñido, para que la pieza que sale del molde, tenga una superficie lisa, sin poros, ni fisuras. Hablamos de moldes por inyección de plástico, desconocemos si se realizan en otro tipo de moldes.

Un poro en una pieza plástico puede llegar a romper toda la estructura de la pieza, en el caso de un poro ya directamente desecharíamos la pieza por completo. Además de que si no realizamos el proceso de bruñido en los moldes, pueden aparecer micro fisuras que puedan dar lugar a las fisuras. 

Este proceso se realiza para obtener dureza en ciertas piezas que van a estar sometidas a grandes esfuerzos mecánicos, sin el proceso de bruñido la vida de muchas piezas sería mucho menor o en algunos casos inviable.

Ventajas del proceso de bruñido

1. Aumenta la resistencia al desgaste.
2. Acabado en una sola operación.
3. Superficies lisas con una baja rugosidad aritmética (Ra comprendida entre 0.4 μm a 0.8 μm).
4. Tolerancias geométricas de alta precisión. Con el bruñido podemos obtener unas tolerancias de concentricidad en el caso de los cilindros 0.3 μm y de rectitud final menor a 10 μm.
5. Incremento de la dureza superficial.
6. Resistencia a la fatiga.
7. Larga vida útil de la pieza bruñida.
8. Tiempos de mecanizado cortos.
9. Se puede realizar en superficies complejas.
10. Se puede realizar tanto en máquinas convencionales como en máquinas de CNC.
11. Es una alternativa más precisa y económica respecto al rectificado y el pulido.
12. Numerosas aplicaciones, incluso teniendo la posibilidad de fabricar herramienta específica.

 

Video de unas herramientas de bruñido con rodillos y bruñido con bola hidrostática del fabricante Ecoroll

 

Desventajas del proceso de bruñido

1. Herramienta especifica.
2. Lubricante específico para realizar algunos procesos de bruñido.
3. Si se busca una producción en serie en piezas de tamaño medio/grande, se requiere de máquina especifica únicamente para este proceso.
4. Herramienta de alto valor.
5. En algunos procesos de bruñido, tendremos que ir probando con la herramienta e ir midiendo, escasa información para realizar algunos procesos de bruñido.

¿Qué herramientas se usan en el proceso de bruñido?

Dentro del proceso de bruñido tenemos que diferencias en 3 grandes tipos de herramientas.

1. Herramientas de bruñido con rodillos.
2. Herramientas de bruñido con diamante.
3. Bola hidrostática.
4. Piedras de bruñir.

Aunque cada herramienta sea diferente, el fin es el mismo. A continuación, veremos cuáles son las diferencias.

Proceso de bruñido con rodillos

El proceso de bruñido con rodillos, es el más sencillo y más rápido frente a otras herramientas para realizar este proceso. El proceso de bruñido con rodillos, consta de usar uno o varios rodillos que están fabricados en acero templado, rectificados y de una baja rugosidad. Estos rodillos ejercen una presión sobre la pieza, consiguiendo alisar las crestas resultantes del proceso de mecanizado por arranque de viruta.

Este proceso, es como un proceso de laminación en frio. No desprende ningún tipo de viruta, con lo que conseguimos un proceso de bruñido rápido, fiable y efectivo.

 

 

En la zona de contacto entre la pieza y los rodillos, se ejerce una presión por la fuerza de bruñido (presión hertziana) y se mide en Pascales (MPa). Cuando ejercemos fuerza sobre la pieza con los rodillos, alcanzamos el límite elástico del material. Una vez que alcanzamos el límite elástico de la pieza, provocamos una deformación plástica del perfil de la superficie.

Como ya indicamos al principio de este artículo, lo que hacemos con el proceso de bruñido es alisar o aplanar las crestas resultantes de otros procesos de mecanizado por arranque de viruta.

Con el proceso de bruñido con rodillos, realizamos una deformación plástica, rellenando los valles de la rugosidad superficial, consiguiendo una superficie perfecta, prácticamente lisa.  Cabe destacar, qué con este proceso de bruñido, se busca bajar la rugosidad superficial, en vez de buscar unas características mecánicas concretas; como podría ser buscar una mayor dureza superficial.

Los bruñidores por rodillos para ejercer una mayor o menor fuerza sobre la pieza, tienen un tornillo para ajustar el diámetro de los rodillos. Si apretamos el tornillo aumentamos el diámetro y si aflojamos el tornillo disminuimos el diámetro de los rodillos. Al girar la pieza sobre la herramienta, se ejerce una presión que hace que el bruñidor consiga disminuir la rugosidad superficial de la pieza.

Ventajas del proceso de bruñido con rodillos

1. Superficies con poca rugosidad superficial menor a 1 μm.
2. Reducción del riesgo por agrietamiento de la pieza. Al tener menor número de crestas en la rugosidad superficial y ser menos pronunciadas, hace que la pieza sea más resistente.
3. Proceso que se realiza en una única pasada.
4. No desprende ningún tipo de viruta. Este mecanizado es mínimo, menor a 0.010 mm.
5. Características anti desgaste mejoradas. A diferencia del bruñido con piedra, en el proceso de bruñido por rodillos no eliminamos nada de material; con lo que conseguimos mejorar la pieza contra los desgastes.
6. Resistencia a la corrosión mejorada, gracias a la reducción de la superficie con el contacto de la atmosfera. Al reducir las crestas de la rugosidad superficial, las moléculas del metal están más compactadas, creando una pared por decirlo de alguna manera. Esto protege a la pieza de los agentes externos.
7. Posibilidad de fabricar herramienta especifica.
8. Herramientas validad para sistemas convencionales y CNC, aunque parte de ellas se recomiendan en CNC.
9. Herramientas válidas para materiales ferrosos y no ferrosos.
10. Posibilidad de tener una herramienta modular. Usar el mismo porta herramientas con diferentes geometrías de rodillos.

Desventajas del proceso de bruñido con rodillos

1. Un tipo de herramienta para cada aplicación.
2. Herramienta de alto valor.
3. Proceso enfocado a la producción en serie.
4. Herramientas para materiales con una dureza hasta 45HRC.
5. Tener bien amarrada a la pieza, dado la gran fuerza que hacen los rodillos del bruñidor contra la pieza.

¿Cómo se realiza el proceso de bruñido con rodillos?

El proceso de bruñido con rodillos es sencillo, ya que lo que buscamos es mejorar dimensionalmente la superficie. Vamos a ir viendo cuales son los pasos a seguir con esta herramienta.

1. La pieza a bruñir por rodillos tiene que tener un buen acabado superficial antes de meter el bruñidor, sobre un Ra de 1,5 μm a 2,5 μm. 
2. La pieza a bruñir tiene que estar prácticamente acabada. La mejora de la rugosidad superficial, no va a suponer más de 0,01mm al diámetro. De todas maneras, recomendamos ser precavidos con esto, ya que todos los materiales no se deforman por igual. Al igual que cuando realizamos una operación de mandrinado, el acabado lo dividimos en 2 o más en veces en función del material.
3. Hacer una prueba en función de la presión que ejerzamos (MPa) Pascales en la pieza, medir la rugosidad y la deformación plástica de la pieza. Realizar esto solo en la primera pieza, si estamos preparando una serie.
4. En cuanto a velocidades de esta herramienta, está herramienta se introduce en la pieza a una velocidad alta con un avance sobre 0.5mm por vuelta. Realizar la salida con un avance rápido, la forma de trabajar es similar a un escariador. Hablamos de un proceso por bruñido con rodillos en agujeros.
5. Se puede trabajar con taladrina o sin ella. Todo va a depender del material y de la profundidad que vayamos a trabajar. 

Tipos de bruñidores con rodillos

En la actualidad tenemos varios tipos de bruñidores con rodillos, además existen fabricantes que son capaces de realizar herramienta específica si fuera necesario.

Existen 2 tipos de bruñidores con rodillos: interiores y exteriores.

Bruñidores con rodillos para superficies interiores

Los bruñidores con rodillos de interiores son todos prácticamente similares, cambian su porta herramientas.

Los portaherramientas pueden ser desde un cono morse MK (DIN 228), mango cilíndrico con asiento plano para porta herramientas tipo weldon (DIN 1835), mango VDI para tornos, HSK63 para centros de mecanizado y sistemas Capto, validos tanto para tornos como centros de mecanizado.

 

 

En el caso de que no exista una herramienta de bruñir para la geometría que necesitas, existen fabricantes que son capaces de realizar una herramienta específica para el mecanizado deseado. Obviamente, lo que buscamos es una reducción de tiempos y en la mayoría de los casos una herramienta específica, puede ser la mejor inversión.

 

 

Bruñidores con rodillos para superficies exteriores

Los bruñidores con rodillos para superficies exteriores, hay diversos tipos de formas.

En el mercado nos podemos encontrar bruñidores de exteriores de un solo rodillo o de varios rodillos. Los rodillos según su aplicación pueden tener una forma específica, todo va a depender de la forma de la herramienta, trayectoria que tenga que realizar la herramienta y zona dónde tenga que llegar el bruñidor para realizar la operación de bruñido.

La forma de los bruñidores de rodillos exteriores, es como la forma de las muelas abrasivas en el proceso de rectificado. Pueden tener forma escalonada, tener uno o varios ángulos, etc. Está es sin duda una herramienta específica para una superficie concreta de la pieza.

A continuación, vamos a mostrar unas imágenes de varias herramientas, con las que se puede realizar el proceso de bruñido con rodillos, en superficies exteriores de diversas geométricas.

 

 

En esta imagen podemos ver en que consiste esta herramienta de bruñir esferas. Dispone de un reloj analógico, para indicarnos el desplazamiento con el centro de la esfera, podemos ver y corregir la concentricidad con el centro de la esfera. Esta herramienta es capaz de ejercer una fuerza máxima a 10.000 Nm, según el modelo que necesitemos. Con esta herramienta, también podemos bruñir piezas con forma de cono, en superficies exteriores.

Existen diferentes tipos tanto si queremos trabajar a izquierdas o a derechas. Los rodillos pueden tener diferentes radios de punta, en función del radio de la esfera que queramos bruñir.

El bruñido de esferas se realiza en rótulas de dirección en sectores como automoción, agrícola y transporte, entre otros. 

 

 

En esta última imagen, podemos ver un bruñidor por rodillos para superficies cónicas externas. Es una herramienta muy específica que se usa para bruñir puntas de ejes entre otros tipos de pieza.

 

 

En esta imagen, podemos ver un bruñidor de exteriores para superficies cilíndricas externas, del fabricante Ecoroll. Esta herramienta se usa para perfiles exteriores, como pueden ser émbolos de pistones hidráulicos o neumáticos, entre otras aplicaciones de esta herramienta de bruñir.

Una vez que hemos visto, las herramientas de bruñir por rodillos, vamos a ver como es el proceso de bruñido por diamante y como son sus herramientas.

Proceso de bruñido con diamante

 

 

El proceso de bruñido con diamante, es un proceso similar al proceso de bruñido con rodillos. En este caso en la punta de la herramienta tenemos un diamante, similar al que usamos para rectificar las muelas abrasivas en un proceso de rectificado. A estas herramientas, se las denominan (DBT) «Diamond Burnishing Tool) en el caso de herramientas de cilindrar. Además, tenemos herramientas para poder realizar, un proceso de bruñido por diamante en superficies planas en fresadora y centros de mecanizado. Estas herramientas se las denomina (DBFM) «Diamond Burnishing Face Mill».

La forma de realizar el proceso de bruñido con estas herramientas es muy sencilla. La herramienta tiene un sistema de resorte con muelle .La herramienta hace presión sobre la pieza, reduciendo la rugosidad superficial de la pieza con el proceso de bruñido. En este proceso de bruñido por diamante a diferencia del bruñido por rodillos, tenemos herramientas para poder usar en la fresadora. Existen platos de bruñir por diamante, capaces de conseguir una rugosidad superficial realmente baja.

 

 

Ventajas del proceso de bruñido con herramientas de diamante

1. Proceso sencillo, sin grandes conocimientos.
2. Baja presión del diamante sobre la pieza, evitamos deformaciones en caso de piezas de gran longitud.
3. Herramientas de cilindrar exteriores sin límite de diámetro.
4. Herramientas capaces de trabajar con materiales de hasta 65HRC.
5. Se puede fabricar herramienta específica, pero está más limitada que las herramientas de bruñido con rodillos. Ya que la forma de la herramienta es más compleja.
6. Herramientas válidas para sistemas convencionales y CNC.
7. Herramientas válidas para materiales ferrosos y no ferrosos.

 

 

Desventajas del proceso de bruñido con herramientas de diamante

1. Velocidades de corte más lentas frente a las herramientas de bruñido con rodillos.
2. Aplicaciones un poco más limitadas frente a las herramientas de bruñido con rodillos.
3. Proceso enfocado a producción en serie.
4. Para poder realizar un bruñido con herramientas de diamante en superficies interiores, debe ser mayor a 40mm de diámetro. Esto es por la longitud de las puntas de diamante, su acceso es más complicado.
5. Este tipo de herramientas, aunque su aplicación sea para diversos materiales, se recomienda usarlo en materiales duros.

 

 

Video del funcionamiento del plato de planear con puntas de diamante (DBFM) del fabricante Cogsdill en una pieza de aluminio.

 

 

Una vez visto el proceso de bruñido con herramientas de diamante, vamos a ver el siguiente tipo de proceso para realizar un bruñido, el bruñido con bola hidrostática.

Proceso de bruñido con bola hidrostática

El bruñido con bola hidrostática es un proceso de bruñido desconocido por muchos. El bruñido de bola hidrostática consta de una bola de material duro que suele ser de cerámica, donde la bola es empujada a través de un sistema de alta presión de taladrina, capaz de bombear hasta 40MPa. La bola al hacer presión sobre la pieza, desprende el exceso de presión de la bomba de taladrina. La bola gira libremente por la presión que ejerce la presión de la taladrina sobre ella. El diámetro de la bola puede ser desde 1,2mm de diámetro hasta 28mm

Esta herramienta de bruñido tiene un rango de medida de 0 a +6mm por el sistema que tiene de resorte por presión de taladrina. Con este proceso de bruñido, se puede llegar a trabajar en seco con aire comprimido y una pequeña cantidad de lubricación (MMS), usando aire comprimido solo podremos llegar a bruñir superficies de hasta 45HRC.

El sistema de funcionamiento de la bola hidrostática es similar al funcionamiento de un bolígrafo. Al ejercer una presión sobre el papel, hacemos girar la bola que se impregna de tinta.

 

 

La bola al hacer presión sobre la pieza, aplana las crestas del mecanizado, al igual que el resto de procesos por bruñido que hemos visto anteriormente. Este sistema de bruñido se usa para superficies complejas, sobre todo en moldes y matrices, aunque es aplicable a otros sectores como aeroespacial o automoción.

Para mejorar la calidad de la superficie, tendremos que ir probando con diferentes presiones de la bola sobre la pieza que queremos bruñir. No todos los materiales se trabajan por igual.

Este sistema de bruñido es capaz de bruñir superficies complejas de forma sencilla, se puede llegar a trabajar en 5 ejes, pero con un aspecto a considerar, el ángulo de la herramienta sobre la pieza solo es admisible hasta +/-28 grados. Solo es admisible en este rango de ángulos, debido a que la presión de la bola sobre la pieza se mantiene constante dentro de unos valores aceptables. 

La bomba externa de taladrina, se puede introducir dentro del depósito de taladrina de la propia máquina. Solo tendremos que meter una toma hidráulica de la bomba hasta la herramienta de bruñir.

Si la pieza a bruñir tiene pendientes o geometrías superiores a estos grados, tendríamos que realizar un programa con planos de trabajo, en estrategia de 3+2 ejes.

 

 

Para realizar un bruñido con bola hidrostática en una máquina de 5 ejes, se puede hacer de dos formas. 

1. Bruñido continuo (BC).
2. Bruñido por parches (BP).

Bruñido continuo con bola hidrostática

El bruñido continuo con bola hidrostática como su nombre indica, es un bruñido en 5 ejes continuos, debemos de tener en cuenta a la hora de hacerlo de no superar los +/-28º de inclinación que dijimos anteriormente. La principal desventaja de realizar este proceso es la velocidad de avance de los ejes. Los ejes rotatorios no son capaces de superar la velocidad de los ejes lineales (X,Y,Z), con lo que el proceso es más lento. Todo va a depender de la geometría de la pieza y del tiempo que queramos emplear.

En este proceso la velocidad de avance va a estar limitada por la máquina, la velocidad de avance en 4 o 5 ejes continuos suele estar entre 3000 – 5000 mm/min. Dependerá del constructor de la máquina.

 

Bruñido por parches con bola hidrostática

El bruñido por parches con bola hidrostática, es un bruñido en estrategia 3+2 ejes. Con este tipo de bruñido mejoramos la velocidad de avance de la bola, ya que una vez que tenemos posicionados los ejes rotatorios de la máquina (A, B, C), podemos conseguir una velocidad de avance mayor.

La velocidad de avance en este tipo de bruñido con bola hidrostática puede llegar a ser bastante elevado, pudiendo multiplicar x2 a la velocidad de avance de un copiado de superficie, logrando los 20.000 mm/min e incluso más. El bruñido por parches tiene una principal desventaja, entre la unión de parches siempre tendremos un pico de rugosidad entre un parche y otro.

A medida que se ejerza presión en la pieza, ese pico se hará más pronunciado, pero si la presión es la misma en todas las caras no tendremos problemas.

¿Para qué se realiza un proceso de bruñido con bola hidrostática?

El proceso de bruñido con bola hidrostática es la alternativa al pulido a mano de piezas. El pulido a mano de piezas puede llegar a suponer el 75% del tiempo de todo el proceso de mecanizado. Con el proceso de bruñido con bola hidrostática, se presenta como una alternativa a tener en cuenta, ya que se puede realizar en la misma máquina. Con ello implica una reducción de tiempos más que considerable, una programación sencilla gracias a los sistemas CAD/CAM. Es capaz de conseguir un acabado superficial de gran calidad, reduciendo en un 80% la rugosidad superficial del mecanizado por arranque de viruta.

 

 

¿Cómo se realiza un proceso de bruñido con bola hidrostática?

En el proceso de bruñido con bola hidrostática tenemos que atender a varios factores, que son:

1. Material de la pieza. No se trabajan por igual todos los materiales.
2. Dureza de la pieza. La dureza de la pieza que vayamos a trabajar es determinante, ya que de ello dependerá de la presión que ejerzamos en la bola sobre la pieza, para conseguir la rugosidad superficial deseada.
3. Avance radial del bruñidor (Ab). Es similar al (Ae) «avance radial» en fresado, pero en este caso va a depender del diámetro de la bola del bruñidor.
4. Velocidad de avance del bruñidor (Fb). La velocidad con la que vamos a desplazar el bruñidor sobre la pieza.
5. Número de pasadas (n). El número de pasadas va a venir predefinido por el avance radial del bruñidor. Cuanto menos avance radial tengamos, mayor número de pasadas tendremos que dar.
6. Presión del bruñidor (P). La presión del bruñidor es el factor determinante en este proceso, para ir sobre seguro empezaremos con una presión de 10MPa e iremos analizando los resultados obtenidos. 

La forma de trabajar con el bruñido de bola hidrostática es similar al de una fresa esférica en un copiado de superficie 3D.

Los resultados de este proceso de bruñido, obtenidos por la Universidad del País Vasco, indican que cuanto mayor velocidad de avance tiene la bola sobre la superficie, mejor es la calidad superficial. Repasar la superficie con las mismas condiciones de corte, puede reducir en más de un 60% el resultado de la primera pasada, aunque con una pasada sería más que suficiente para obtener una rugosidad superficial de gran calidad.

A mayor presión ejercida sobre la superficie, mejor acabado superficial podemos obtener.

Para obtener un buen resultado con el bruñido con bola hidrostática, tenemos que partir de un buen acabado superficial, para que la bola trabaje lo mínimo sobre la superficie. Cuanto menor avance radial de la bola (Ab) tengamos, mejor resultado podremos obtener. Igual que cuando buscamos una tolerancia, usamos fresas de acabado que trabajan muy poco para poder ajustar la tolerancia.

La pieza en la que se hizo el estudio es relativamente pequeña, habría que probar en una máquina más grande, si manteniendo la misma velocidad de avance, e incluso superándola con trayectorias más largas, que resultados se podrían obtener con el bruñido de bola hidrostática.

Ventajas del proceso de bruñido con bola hidrostática

1. Buen acabado superficial en zonas complejas con una sola pasada.
2. Aumento de la dureza de la superficial.
3. Resistencia a la fatiga hasta 5 veces superior.
4. Larga vida útil del componente bruñido con bola hidrostática.
5. Poder modificar de forma sencilla la rugosidad superficial, variando la presión de la bola sobre la pieza a bruñir.
6. Programación sencilla mediante los sistemas CAD/CAM, tanto si necesitamos programar en 5 ejes continuos, en 3 ejes continuos o en estrategia de planos de trabajo 3+2 ejes.
7. Sistema capaz de bruñir superficies con durezas iniciales a 65HRC.
8. El sistema resorte de 0 a+6mm nos permite realizar superficies complejas.
9. Proceso rápido, dado que lo podemos realizar con una alta velocidad de avance.
10. Reducción de tiempos más que considerable en comparación con el pulido manual.
11. Proceso de capaz de bruñir superficies que no podremos hacer con otro tipo de herramientas.

Desventajas del proceso de bruñido con bola hidrostática

1. Sistema de presión de taladrina independiente.
2. Proceso poco conocido.
3. Parámetros de corte un tanto aleatorios, investigar, probar, ver resultados obtenidos, etc.
4. Herramientas técnicas de aplicaciones muy concretas.

Vamos con las últimas herramientas para realizar un proceso de bruñido y las que más se conocen dentro del mecanizado. Ya que los procesos vistos anteriormente, son relativamente modernos frente a las piedras de bruñir.

Proceso de bruñido con piedras abrasivas

 

 

El proceso de bruñido con piedras abrasivas, puede ser el proceso más conocido para realizar un bruñido. El resto de herramientas que hemos visto antes, son herramientas enfocadas a la producción en serie o para trabajos muy concretos. Las piedras de bruñir, existen desde hace muchos años y siguen cumpliendo su función para este proceso de mecanizado por abrasión. Las piedras de bruñir, son herramientas muy específicas, cada una tiene una referencia, número de serie, tipo de abrasivo, tamaño del grano y dureza.

Al igual que cualquier abrasivo, las piedras de bruñir tienen diferentes tipos de granos que son: grano 80, grano 100, grano 150, grano 220, grano 280, grano 320, grano 400, grano 600 y grano 1200.

Para comenzar empezamos desbastando con un grano pequeño, después para un semiacabado seleccionamos un grado medio y para acabar seleccionamos un grano grande. Las piedras de bruñir de grano pequeño son de materiales duros, como el nitruro de boro cúbico (CBN), borazon o diamante, lo que nos permite que los tiempos de desbaste no sean muy grandes.

Para realizar el proceso de bruñido con piedras abrasivas, necesitamos utilizar un aceite específico para este tipo de proceso. Son aceites de base mineral, este aceite lo que hace es que la piedra pueda moverse por la pieza sin frenarse y ayuda a diluir los abrasivos resultantes a través del aceite.  Además, sirve de refrigerante, esencial en este proceso de mecanizado por abrasión.

Los aceites de gran calidad, tienen azufre para evitar la soldadura de las piedras contra la pieza, mantienen limpias las piedras, para que los abrasivos desechados se diluyan rápidamente en el aceite de bruñir.

 

 

Dentro del bruñido con piedras abrasivas, tenemos diversas herramientas para poder realizar el proceso de bruñido, son los siguientes:

1. Unidades de bruñido. 
2. Bruñidores.
3. Herramientas de bruñido de pasada única.

Unidades de bruñido

Las unidades de bruñido, son herramientas específicas para máquinas bruñidoras. Las unidades de bruñido, podemos decir que es un kit de herramientas para poder realizar un bruñido dentro de unas medidas. Sunnen es uno de los principales fabricantes de máquinas bruñidoras y piedras abrasivas. En la siguiente imagen vamos a ver un kit de una unidad de bruñido, dónde vamos a indicar, que es cada componente.

 

 

• Adaptador. Es la parte donde se encaja en el eje de la bruñidora. 
• Retenedor de piedra. Es una varilla que evita que la piedra se deslice hacía atrás mientras estamos realizando el proceso de bruñido.
• Mandril. Es una guía que nos sirve para centrar el agujero de la pieza en la bruñidora, por la parte de abajo tiene unas pequeñas chapas de bronce para no rozar la superficie ya bruñida.
• Cuña. La cuña hace elevar a la piedra, empujando la piedra hacía delante. Para mover la cuña, se hace mediante un sistema hidráulico por bomba, esto nos permite tener un gran control de la fuerza, que ejerce las piedras de bruñir sobre la pieza.
• Piedra. La piedra es dónde tenemos el abrasivo para bruñir. En estos kits cada piedra debe ir con su unidad de bruñido, ya que cada una tiene el ángulo necesario para su cuña.
• Casquillo rectificador. Cada unidad de bruñido tiene el suyo, antes de realizar el bruñido tenemos que pasar la piedra por el casquillo rectificador. Si la piedra está mal gastada, tendremos que pasarlo por el casquillo rectificador. Esto es muy importante, ya que, si la piedra no está paralela con el agujero, el bruñido puede tener deformidades en su interior, o quedarnos cónico en las puntas.

 

Dentro de cada gama de diámetros tenemos diferentes medidas. Existen diversas gamas de piedras para cada unidad de bruñido. Además, también tenemos disponibles kits de bruñido en pulgadas. Ahora vamos a ver cómo se lee la referencia de las piedras abrasivas.

 

 

• K8 hace referencia a la unidad de bruñido seleccionada, al igual que en la imagen anterior donde BL20 es la unidad de bruñido.
• Tipo de abrasivo, va relacionado con el tamaño del grano. Para desbaste se usa grano pequeño y para acabado grano grande.
• Dureza. Tenemos 15 niveles de dureza, donde va relacionado con el tipo de material que vayamos a bruñir. Para materiales duros se usan piedras blandas y para materiales blandos se usan piedras duras. Esto último es una regla general para realizar acabados, para desbaste si tenemos piedras de nitruro de boro cúbico (CBN), borazon o diamante son las piedras recomendadas para realizar la operación de desbaste.
• Las unidades de bruñido, están diseñadas para producción de piezas de tamaño pequeño hasta 100 mm de diámetro, en máquinas bruñidoras. A partir de esa medida, ya se necesita usar cabezales bruñidores o disponer de una máquina específica.
• En las unidades de bruñido en comparación con los cabezales de bruñir, lo que movemos es la pieza con un avance constante. La herramienta va girando y haciendo presión sobre la pieza.

Una vez que hemos visto las unidades de bruñido, vamos a ver como son los bruñidores.

Bruñidores

Los bruñidores a diferencia de las unidades de bruñido, estos son sistemas mecánicos, también se les llama cabezales bruñidores. Los bruñidores pueden ser desde 2 hasta de 12 piedras, el funcionamiento de los bruñidores es muy sencillo. El sistema de funcionamiento que tienen es mediante un tornillo con un engranaje, igual que un plato de garras de un torno. Al apretar el tornillo, el cabezal bruñidor se abre por igual en todas sus piedras. Otros bruñidores tienen un sistema como un eje nervado con una tuerca de apriete. El sistema funciona igual que el ejemplo anterior.

Los bruñidores los hay de diversos tipos.

Bruñidores portátiles

La mayoría de ellos son portátiles y se pueden usar en máquina específica o acoplar en otra máquina convencional, o de CNC. 

Bruñidores universales

El bruñidor universal es el que se usa para una aplicación general. Consta de 2 piedras y 2 zapatas, las zapatas son de la misma medida que las piedras y hacen de guía durante el proceso de bruñido.

 

 

Cabezales bruñidores sin zapatas

Estos bruñidores no tienen guías, las propias piedras hacen de guía para todo el proceso de bruñido. Este tipo de cabezales están diseñados para realizar grandes desbastes en poco tiempo. Estos cabezales son válidos para gran variedad de piedras, existen piedras superabrasivas para este tipo de cabezales, como puede ser el diamante, el que mostramos en la siguiente imagen.

 

Bruñidor de exteriores

El bruñidor de exteriores es un bruñidor enfocado a pequeñas producciones, su principal uso es en pequeñas tareas de mantenimiento.

 

 

Vamos a mostrar una imagen de una herramienta, que aparece bastante en los buscadores de internet, pero es una herramienta que no sirve para realizar el proceso de bruñido. Es un consejo que os damos desde FormaciónMecanizado.com

 

 

En el siguiente video, se explica el proceso de bruñido y porque no sirve la herramienta, que os estamos aconsejando no usar para realizar el proceso de bruñido en cilindros. El proceso de bruñido es un proceso de mecanizado de precisión, y si la herramienta no nos da la precisión necesaria, lo que vamos a conseguir es cualquier cosa, menos la precisión que estamos buscando con este proceso.

 

Video de Motorparts España, dónde nos hace una muy buena explicación del proceso de bruñido. Además, nos explica porque no sirve la herramienta de bruñido por cilindros, que hemos puesto en la imagen anterior.

 

Herramientas de bruñido de pasada única

Por último, vamos a ver las herramientas de bruñido de pasada única, son herramientas enfocadas para aplicaciones de alta producción. Son herramientas helicoidales, que van montadas sobre un mandril cónico expansible con superabrasivos. El mandril tiene un casquillo centrador llamado piloto, que centra la herramienta con la pieza con su forma cónica.

Estas herramientas están limitadas en volumen de partículas que pueden arrancar. El material a eliminar, no debe de ser mayor al espacio que existe entre los granos de diamante del casquillo. Esto último es algo normal, es debido al poco espacio que hay entre la herramienta y el abrasivo. Con esta herramienta, si eliminamos demasiado material, el espacio que tenemos entre la herramienta y la pieza, se nos llenaría de material desechado y podríamos tener deformidades en el proceso de bruñido; o incluso llegar a deteriorar la herramienta. Para este tipo de herramienta tenemos 3 tamaños de grano.

1. D1. Arranque de material de (0,03 – 0,13mm).
2. D2. Arranque de material (0,01 – 0,05mm.)
3. D5. Arranque de material (0,003 – 0,03mm).

 

 

La rugosidad superficial que podemos obtener, con estas herramientas en función del grano, son las siguientes:

1. D1. Bruñido en material blando, Ra comprendido entre (2,29 -3,56 μm). Bruñido material duro Ra comprendido entre (0,51 – 1,52 μm).
2. D3. Bruñido en material blando, Ra comprendido entre (1,14 – 2,41 μm). Bruñido en material duro, Ra comprendido entre (0,25 – 0,64 μm).
3. D5. Bruñido en material blando, Ra comprendido entre (0,71 – 1,07 μm). Bruñido en material duro, Ra comprendido entre (0,20 – 0,41 μm).

Para realizar el proceso de bruñido con las herramientas de pasada única, tenemos que seguir los siguientes pasos:

1. El agujero a bruñir tiene que estar entre (+0,03 a +0,05mm de la medida final).
2. El orificio ya debe de presentar una rugosidad aceptable entre ( 3,2 a 5 μm). 
3. Entre la pieza y la herramienta de bruñir debe de poder pasar el aceite de bruñir. Esto nos permite diluir el abrasivo junto con el material sobrante y refrigerar tanto la herramienta, como la pieza.
4. La velocidad de corte de esta herramienta puede variar desde 15 a 90 m/min.
5. La frecuencia de avance puede variar de 125 a 5000 mm/min, en función del material y la aplicación.
6. El arranque de material, tiene que ser constante con el tamaño del grano y los requerimientos del acabado superficial.

 

Video de un proceso de bruñido con piedras abrasivas, en una camisa de un motor marino. Realizado en una bruñidora vertical Chris marine

 

Aspectos técnicos en el proceso de bruñido con piedras abrasivas

El proceso de bruñido con piedras abrasivas, es un proceso del que se necesita técnica para realizarlo correctamente. A continuación, vamos a realizar un listado de apartados a tener en cuenta, para poder realizar un proceso de bruñido correctamente.

1. Si se va hacer una producción en serie, es conveniente fabricar un tampón pasa no pasa para el desbaste y otro tampón pasa no pasa para la operación de acabado.
2. Para el desbaste del proceso de bruñido dejar una sobre medida de +0,2 mm al diámetro del agujero.
3. Para el proceso de desbaste si se usan herramientas de diamante, dejar una sobre medida de +0,05 mm de la medida final. El diamante deja marcas más profundas que otros tipos de piedras, asique dejaremos un poco más de material para el proceso de acabado.
4. En el proceso de acabado reducir las velocidades de avance y aumentar la presión del bruñidor sobre la pieza. Necesitamos aumentar la presión en el acabado, para dimensionar bien el agujero, evitamos conicidades en las puntas. Este apartado sobre todo es para las unidades de bruñido.
5. Aunque las velocidades de corte en el bruñido sean pequeñas, se produce bastante calor en la pieza. Mucha precaución a la hora de medir, con la temperatura nos puede falsear la medida si estamos en la operación de acabado. Cuando hacemos el acabado de la pieza, el tampón pasa no pasa nos puede indicar que la pieza está en tolerancia, pero cuando la pieza se enfríe la pieza encoge. Es por esto que se recomiendo hacer el bruñido con piedras abrasivas en 3 fases: desbaste, semiacabado y acabado, dejando enfriar la pieza entre proceso y proceso. Con ello conseguimos evitar la distorsión térmica.
6. Si estamos realizando un proceso de bruñido en cilindros de tamaño medio o grande, no tendremos tampón pasa no pasa para verificar su medida, a no ser que fabriquemos algo específico. Para revisar el buen estado del cilindro, tendremos que revisar la ovalización del cilindro. Para esta operación podemos usar un micrómetro de 3 patas si son piezas pequeñas o un micrómetro de barras si es de gran tamaño. Para revisar la ovalización de los cilindros, tenemos que medir en 4 puntos del diámetro del agujero a 45º grados entre ellos. Tenemos que revisar de esta forma en diferentes longitudes del cilindro, todo depende de lo largo que sea el cilindro. Por ejemplo, si estamos en un cilindro de 300mm de longitud, podemos medirlo en 4 veces cada 75mm.  Para tomar las medidas del cilindro, adjuntamos la siguiente imagen de los puntos que debemos medir, para comprobar la concentricidad y la ovalización de un cilindro.

    

   

    

7. El tiempo de bruñido puede variar en función del material, tipo de máquina si es portátil u automática, y piedras que dispongamos en ese momento. El agujero que queramos bruñir cuanto más grande sea, más tiempo nos va a llevar, aunque también, va a depender de la longitud del mismo. En agujeros pequeños, tardaremos menos si usamos una bruñidora horizontal o vertical, ya que con las unidades de bruñido podemos tener más control del proceso.
8. Si tenemos que realizar un proceso de bruñido con piedras abrasivas, en agujeros que van en tandem (unos seguidos de otros); podemos modificar las piedras abrasivas, cortando el abrasivo en las zonas que no necesitamos bruñir. A continuación, os mostramos una imagen de cómo modificar las piedras abrasivas en esta aplicación.

    

   

    

9. Cuando realizamos el proceso de bruñido con piedras abrasivas usando cabezales bruñidores, el aspecto que presentan los cilindros, es con pequeñas rayas microscópicas con forma de rombo, entrecruzadas unas con otras. Esa forma es debido, al avance de las piedras en la carrera del bruñidor ya sea en horizontal o en vertical. Esas rayas tienen un fin y es el de retener el aceite hidráulico en los cilindros, consiguiendo lubricar todo el conjunto, creando una película de aceite.

    

   

    

Recomendaciones básicas para realizar el proceso de bruñido con piedras abrasivas

 

El bruñido con piedras abrasivas es un proceso que requiere de técnica y paciencia. Os vamos a dar unas pautas generales de cómo realizar el proceso.

Velocidades

La velocidad es un aspecto muy importante, para poder conseguir los resultados esperados con el proceso de bruñido.

En el proceso de bruñido con piedras abrasivas, tenemos 2 movimientos. Uno el de rotación y otro de avance.

Velocidad de rotación. La velocidad de rotación nos la da la máquina con la que lo estemos realizando. Puede ser el motor de una bruñidora especifica o puede ser un taladro en el caso de ser un sistema portátil.

Velocidad de avance. La velocidad de avance va a depender de la máquina o de nosotros mismo. Si el proceso lo hacemos en una bruñidora automática, la velocidad de avance la ajustaremos mediante una válvula estranguladora alojada en el pistón hidráulico. En bruñidoras manuales, la velocidad del avance se lo damos nosotros. La velocidad de avance tiene que ser constante durante todo el proceso, estemos haciendo un desbaste, un semi desbaste o un acabado.

Ya sea de una manera u otra la velocidad de avance lo medimos en ciclos alternativos por minuto. Un ciclo alternativo es un movimiento completo, donde hacemos pasar las piedras abrasivas desde un extremo a otro de la pieza. Por norma general en agujeros pequeños realizamos más ciclos por minuto y en agujeros grandes los ciclos por minuto son más pequeños. A continuación, os vamos a enseñar una tabla de las velocidades recomendadas, para realizar el proceso de bruñido.

 

 

La velocidad de avance la podemos aumentar en el proceso de desbaste. Cuanto mayor sea la velocidad en el desbaste menos tiempo vamos a tardar, sobre todo si usamos piedras superabrasivas como el diamante o el nitruro de boro cúbico (CBN).

Presión

La presión en el proceso de bruñido es otro factor muy importante para poder lograr un proceso de bruñido perfecto. Con la ayuda de la hidráulica se ha conseguido mejorar sustancialmente este proceso.

La presión de las piedras en el proceso de bruñido se mantiene relativamente baja entre (3,5 – 8,5 kg/cm2) a lo que es equivalente en pascales entre (0,3- 0,8 Mpa).

Las presiones demasiado altas debemos evitarlas por varios motivos:

• El desgaste de las piedras será demasiado rápido y desecharemos el abrasivo.
• La remoción del material con el abrasivo en vez de aumentar disminuye. Las virutas se hacen más grandes que el abrasivo, con lo que la pieza en vez de bruñirla, la estamos rayando con las virutas.
• Los acabados serán inferiores a lo que estamos buscando. Presenta uniformidades en la superficie.

Refrigerante

El refrigerante es otro factor importante en el proceso de bruñido con piedras abrasivas y debe de seguir las siguientes directrices.

• Tenemos que utilizar el aceite específico para el material que queremos bruñir, el aceite tiene que ser de gran calidad. Se recomienda asesoramiento técnico para ello. 
• Usar abundante refrigerante durante todo el proceso.
• Mantener una temperatura baja en la zona de trabajo.
• Limpieza del refrigerante con sus respectivos filtros.
• Si el refrigerante está caliente, deberá de ser enfriado antes de realizar el proceso de bruñido, alrededor de 21ºC. Esto ayuda a mantener la viscosidad del refrigerante y el área de trabajo lo suficientemente fría para evitar la distorsión térmica.

 

Resumen

Hoy por hoy en la actualidad el proceso de bruñido es un proceso rápido de mejora superficial, que muchos fabricantes de herramientas están realizando estudios de I+D+I, para poder llegar a realizar este proceso desde la misma máquina de mecanizado. Con esto, conseguimos evitar cambios de pieza de una máquina a otra y tiempos improductivos en preparación de máquinas. Buscando siempre una máxima producción, con un proceso de mecanizado sencillo, obteniendo una repetividad en el proceso de bruñido. Las aplicaciones son innumerables, lo que hace de un proceso apto para gran variedad de geometrías y formas dentro del mecanizado.

Por otro lado, el bruñido con piedras abrasivas va a seguir presente dentro del sector, ya que sigue siendo una herramienta muy usada y muy extendida en los talleres. Sobre todo en aquellos talleres que en ocasiones, necesitan realizar el proceso de bruñido con muy poca frecuencia. A diferencia del resto de procesos de bruñido, el de piedras abrasivas es el más técnico ya que se requieren de conocimientos de abrasivos y tener una buena técnica en el proceso.

Si necesitáis más información sobre herramientas, para realizar el proceso de bruñido, os dejamos los siguientes enlaces de diferentes fabricantes. Cogsdill, Ecoroll, Sunnen. Baublies, Wenaroll, Honingtec. 

Esperamos que os haya resultado interesante este artículo, dónde hemos dado bastante información sobre el proceso de bruñido. Personalmente nos ha parecido un proceso muy interesante, en el que hemos recogido una gran información, para poder realizar este proceso de mecanizado por abrasión. Nos vemos en la próxima.