Rectificado sin centros: ¡No es magia! conozca sus fundamentos

El rectificado sin centros no es magia, si usted conoce los fundamentos. Este proceso de acabado utiliza una muela abrasiva para darle a una pieza de metal la forma, dimensiones y acabado superficial deseado.

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El rectificado es el proceso metalmecánico más asociado con "magia negra" y con "humo y espejos". Esta mitología perdura por el desconocimiento general de los fundamentos básicos que hacen exitosas las aplicaciones de rectificado.

¿Qué es rectificado?

El rectificado se realiza en una máquina llamada rectificadora, que utiliza una muela giratoria para realizar el corte. La pieza de trabajo se sujeta en un dispositivo de sujeción y se mueve hacia la muela para que la abrasión pueda comenzar. La velocidad de la muela y la velocidad de avance de la pieza de trabajo se ajustan para obtener el acabado deseado.

El rectificado se utiliza comúnmente en la producción de piezas de metal que requieren una alta precisión y un acabado de superficie suave, como ejes, rodamientos, engranajes y piezas de maquinaria en general. También se utiliza en la reparación y restauración de piezas de metal dañadas o desgastadas.

Procesos de rectificado

Dentro de los procesos de rectificado, el rectificado sin centros es, el menos entendido desde de la perspectiva de sus fundamentos. Este proceso constituye un reto por la carencia aparente de un sistema de sujeción.

La pieza simplemente reposa entre la rueda reguladora y la de rectificar, aparentemente libre de escapar de la zona de corte. Y en la realidad no escapa, generalmente. 

Por tanto, ¿Cómo funciona el rectificado sin centros y cuáles son los fundamentos esenciales que deben conocerse para lograr un proceso exitoso, consistente y predecible de las piezas?

¿Qué es el rectificado sin centros?

El rectificado sin centros es un proceso de rectificado de diámetros exteriores. Se diferencia de otros procesos cilíndricos en que la pieza no es restringida mecánicamente.

En las máquinas tradicionales para diámetros exteriores, la pieza de trabajo es sostenida entre centros o sujeta en un mandril que la hace rotar contra una rueda rectificadora que gira a mayor velocidad, conducida por un motor externo localizado generalmente en el cabezal de trabajo.

A diferencia del rectificado entre centros o en mandril, las piezas hechas por el proceso sin centros no requieren huecos de centros, sistemas de arrastre o fijaciones de cabezal. En cambio, la pieza de trabajo es soportada sobre su propio diámetro exterior por una cuchilla de trabajo localizada entre una rueda de rectificar de alta velocidad y una rueda reguladora de menor velocidad y menor diámetro.

La relación entre estos componentes básicos –rueda de rectificar, rueda reguladora y hoja de soporte– hace la diferencia entre una aplicación exitosa de rectificado sin centros y una que produzca dolores de cabeza y piezas malas.

Este proceso es especialmente útil para piezas largas y delgadas, ya que la sujeción entre centros puede provocar una deformación de la pieza durante el proceso de rectificado. Además, el rectificado sin centros puede ser más eficiente en términos de tiempo y costo, ya que no requiere el uso de una herramienta de sujeción entre centros.

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¿Por qué trabaja el rectificado sin centros?

El rectificado cilíndrico es un proceso de mecanizado que consiste en hacer girar una pieza de trabajo sostenida entre centros o por un mandril, y llevarla contra una rueda rectificadora. La rueda se desplaza radialmente a una distancia prescrita, también conocida como rectificado de inmersión, o en dirección transversal axial a lo largo de la pieza de trabajo, para dar la dimensión deseada de diámetro exterior.

En el rectificado sin centros "no hay centros", por lo que pudiera parecer que no hay forma de controlar el tamaño o la redondez de la pieza de trabajo. Sin embargo, la verdad es muy distinta.

El rectificado sin centrado, cuando se ajusta correctamente, puede lograr una redondez, acabado superficial y tolerancias dimensionales excepcionales, que se encuentran entre las mejores opciones dentro de los procesos metalmecánicos disponibles. Además, este proceso es capaz de redondear piezas que originalmente no son redondas.

El crear redondez a partir de condiciones de no-redondez es la característica que le ha dado fama al proceso de rectificado sin centros. Y esto lo posibilita la relación entre la rueda de rectificar, la rueda reguladora y la hoja de soporte.

Desde la perspectiva del operador, la rectificadora sin centros tiene la rueda de rectificar a la izquierda, la hoja de soporte en el medio y la rueda reguladora de menor diámetro a la derecha. Para la mayoría de las aplicaciones, la línea central de la rueda de rectificar y de la rueda reguladora están en el mismo plano, a la misma altura sobre la cama de la máquina. 

Para lograr la acción de redondeo, la hoja de soporte debe ser colocada de manera que la línea central de la pieza de trabajo esté arriba de la línea central de la rueda de rectificar y de la rueda reguladora. Esta es una relación crítica para el éxito del proceso de rectificado sin centros.

Si la pieza de trabajo reposa en una hoja de soporte al mismo nivel de las ruedas de rectificar y reguladora, los puntos de contacto forman tres lados de un cuadrado. Cuando la pieza es rectificada con esta configuración, cualquier punto alto en la pieza de trabajo desplazará ligeramente la pieza, de tal manera que la rueda cortará un punto bajo en la posición opuesta. Con el tiempo, este montaje creará tres lóbulos en la pieza de trabajo, que podrán ser dimensionalmente correctos, pero fuera de redondez.

Para lograr redondez en la operación de rectificado sin centros, se debe inclinar la hoja de soporte hacia la rueda reguladora y ubicarla de manera que la línea central de la pieza quede por encima de la línea central de las ruedas de rectificar y reguladora. En este posicionamiento, si un punto alto de la pieza entra en contacto con la rueda rectificadora o reguladora, no se creará un punto bajo en la posición opuesta. Esto se debe al ángulo formado entre las líneas centrales de las ruedas y de la pieza de trabajo.

En lugar de rectificar un lóbulo en la pieza de trabajo, los puntos altos son reducidos gradualmente por la acción de la rueda de rectificar. Así, en lugar de crear un punto bajo en la periferia de la pieza de trabajo, igual al punto alto, la rueda de rectificar genera un punto bajo proporcionalmente más pequeño en su contacto con la pieza de trabajo.

Para comprender mejor este proceso de redondeo, imagine una pieza de trabajo con varios puntos altos. Ahora visualice cómo la pieza es rectificada en una sola rotación. Al retirar la pieza, se observará que solamente los puntos altos han sido rectificados.

El ángulo de la hoja de soporte ayuda a mantener la pieza de trabajo en contacto y bajo el control de la rueda reguladora de menor diámetro, resistiendo cualquier tendencia a acelerar su giro a la velocidad de la rueda de rectificar. En algunos casos, el aceleramiento puede llevar a una pieza de 850 rpm a cerca de 60.000 rpm en un parpadeo. Y esto es algo que usted no quiere que ocurra.

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Las claves del alistamiento

Para iniciar la operación de rectificado, la altura de la hoja de soporte debe ser ajustada. De esta manera, se ubicará la línea central de la pieza de trabajo a la altura sobre la línea central de las dos ruedas que determina la acción de redondeo de la operación de rectificado sin centros.

Una regla práctica para definir la altura correcta para una pieza de más de 1 pulgada de diámetro es colocar la pieza de trabajo a una altura igual a la mitad de su diámetro, sobre la línea central de las ruedas de rectificar y reguladora. Así, para una pieza de 1 pulgada de diámetro, la altura deberá ser de media pulgada sobre la línea central de las ruedas.

La mayoría de las máquinas rectificadoras sin centros dan la distancia entre la guía superior y la inferior a la línea central de las ruedas de rectificar y reguladora, como una de sus especificaciones.

Finalmente, lo que el maquinista necesita es que la pieza quede con una mitad sobre la línea central de las ruedas, descansando a un tercio de la distancia hacia abajo, medida a partir de la parte superior de la hoja de soporte inclinada y apoyada en la rueda reguladora. Esto proporcionará una acción de redondeo y condiciones estables de rectificado.

Los ángulos de la hoja de soporte en el rectificado sin centros varían desde 0° hasta 45°. Para la mayoría de aplicaciones de rectificado sin centros, un ángulo superior de hoja de 30° parece ser el que da mejores resultados. La regla básica es: a mayor ángulo de inclinación, más rápida es la acción de redondeado. Pero hay límites. Para grandes diámetros y grandes longitudes, resulta mejor un ángulo menor. La escogencia de 30 grados es, por lo general, un buen punto de comienzo para el ángulo superior de hoja.

De la misma manera, escoger una velocidad baja para la rueda reguladora, de aproximadamente 30 rpm, es un buen punto de comienzo para la optimización del proceso de rectificado sin centros. Obviamente, esta regulación de la velocidad de rotación de la rueda reguladora depende del diámetro de la pieza y de la cantidad de material que deba ser removido. Pero 30 rpm es una buena cifra para comenzar.

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Tipos de rectificado sin centros

Al igual que en el rectificado cilíndrico con centros, es posible utilizar movimientos de penetración o transversales para rectificar una pieza. En el rectificado sin centros también es posible hacer el trabajo de diferentes maneras. Las dos técnicas más comunes de rectificado sin centros son el avance hacia adentro y el avance al través.

La alimentación hacia adentro es la forma más sencilla de las dos opciones disponibles. Aunque la altura de la pieza es importante, lo fundamental para lograr la relación de pasos adecuada en la pieza terminada es contar con una hoja de soporte y un perfil de rueda adecuados.

La pieza de trabajo es colocada entre las ruedas y el ciclo de rectificado comienza. Una vez terminado el mecanizado, la pieza se remueve y la siguiente es alimentada. La alimentación hacia adentro es similar al rectificado por inmersión de la máquina con centros, en la que la pieza es estática en la dirección axial.

Para producción continua en rectificado sin centros, el método de avance al través es muy efectivo. El rectificado con avance al través es llevado a cabo pasando la pieza de trabajo entre la rueda de rectificar y la reguladora. Básicamente, el material de aporte entra por un lado de la zona de rectificado y las piezas rectificadas salen por el otro.

En la operación de rectificado sin centros, las piezas de trabajo se mueven axialmente entre las ruedas gracias a la inclinación de la rueda reguladora en relación a la rueda de rectificado. Debido a que todos los puntos que deben ser rectificados en la pieza de trabajo hacen contacto con las ruedas, este método es más adecuado para piezas cilíndricas sin hombros ni otras características geométricas que puedan interferir en el proceso de rectificación.

En el método de avance al través, la rueda reguladora, inclinada, crea un ángulo de alimentación relativo a la rueda de rectificar. Este ángulo de alimentación le permite a la rueda reguladora cumplir un doble propósito de rotar la pieza de trabajo contra la rueda de rectificar y de conducir la pieza de trabajo al través de la cara de la rueda de rectificar.

La rueda reguladora puede ser inclinada con respecto a la rueda de rectificar. Sin embargo, para hacer este trabajo y utilizar el ancho total de la rueda de rectificar, es necesario mantener un contacto lineal entre la pieza de trabajo, la rueda de rectificar y la rueda reguladora. Por tanto, la rueda reguladora debe ser correctamente conformada con un bloque de diamante, localizado en el dispositivo de conformar. El bloque de diamante es un dispositivo que ajusta el contacto del diamante relativo a la altura de la pieza de trabajo, arriba de la línea central de las ruedas de rectificar y reguladora.

¿El rectificado sin centros es lo que necesita?

Históricamente, el rectificado sin centros se ha utilizado principalmente en talleres que trabajan con grandes volúmenes de producción. Aún en la actualidad, este sigue siendo un segmento importante para esta tecnología. 

Sin embargo, los avances en la tecnología del rectificado sin centros, como el redondeo rápido y la exactitud, encuentran aplicación en talleres que trabajan lotes de producción relativamente pequeños. Y esto ha sido posible gracias a la aplicación de la tecnología CNC y de servomotores en las máquinas de rectificado sin centros. 

Ajustar una rectificadora sin centros puede ser un proceso complicado y que consume mucho tiempo, debido a los afiladores, guías y dispositivos de conformado que funcionan con actuadores electromecánicos. Sin embargo, gracias a los actuadores CNC, ahora es posible programar los contornos de las ruedas reguladoras y de rectificado en los dispositivos de conformado, eliminando la necesidad de levas de forma que requieren tiempo y que suelen ser menos precisas.

El mecanizado sin centros se aplica con éxito en la manufactura de piezas que van desde agujas hipodérmicas hasta bolas para jugar bolos. Los principios del proceso son los mismos para cualquier pieza de trabajo. Como en la mayoría de los procesos metalmecánicos, el rectificado sin centros no es magia, si usted conoce los fundamentos.

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