El lapeado es un proceso de mecanizado en el que se frotan dos superficies con un abrasivo entre ellas, mediante el movimiento manual o con una máquina.
Esto puede tomar dos formas. El primer tipo de lapeado (tradicionalmente llamado pulido ) consiste en frotar un material quebradizo, como el vidrio, contra una superficie como el hierro o el propio vidrio (también conocido como "lapeado" o herramienta de esmerilado) con un abrasivo como el óxido de aluminio , colorete de joyero. , colorete óptico , esmeril , carburo de silicio , diamante , etc., entre ellos. Esto produce fracturas concoidales microscópicas cuando el abrasivo rueda entre las dos superficies y elimina el material de ambas.
La otra forma de lapeado implica un material más blando, como brea o una cerámica para el solape, que se "carga" con el abrasivo. Luego, el traslapo se usa para cortar un material más duro: la pieza de trabajo. El abrasivo se incrusta dentro del material más blando, que lo sostiene y le permite marcar y cortar el material más duro. Llevado a un límite más fino, esto producirá una superficie pulida, como con un paño para pulir en un automóvil, o un paño para pulir o brea para pulir sobre vidrio o acero.
Llevados al límite máximo, con la ayuda de interferometría precisa y máquinas de pulido especializadas o pulido a mano hábil, los fabricantes de lentes pueden producir superficies que son planas a más de 30 nanómetros . Esta es una vigésima parte de la longitud de onda de la luz de la fuente de luz láser de neón de helio de 632,8 nm de uso común. Las superficies de este plano pueden unirse molecularmente ( contactarse ópticamente ) uniéndolas en las condiciones adecuadas. (Esto no es lo mismo que el efecto de retorcimiento de los bloques de Johansson , aunque es similar).
Operación
Se puede usar un trozo de plomo como regazo, se puede cargar con esmeril y se puede usar para cortar un trozo de acero endurecido . El plato pequeño que se muestra en la primera imagen es un plato lapeador manual. Esa placa en particular está hecha de hierro fundido . En uso, se esparciría una suspensión de polvo de esmeril sobre la placa y la pieza de trabajo simplemente se frotaría contra la placa, generalmente en un patrón de "figura de ocho".
La segunda imagen es de una máquina lapeadora disponible comercialmente. La placa de solapamiento o lapeado de esta máquina tiene 30 cm (12 pulgadas) de diámetro, aproximadamente el tamaño más pequeño disponible comercialmente. En el otro extremo del espectro de tamaños, las máquinas con placas de 2,4 a 3,0 metros de diámetro (8 a 10 pies) no son infrecuentes, y se han construido sistemas con mesas de 9 m (30 pies) de diámetro. Refiriéndonos nuevamente a la segunda imagen, el regazo es el gran disco circular en la parte superior de la máquina. En la parte superior del regazo hay dos anillos. La pieza de trabajo se colocaría dentro de uno de estos anillos. Luego se colocaría un peso sobre la pieza de trabajo. Los pesos también se pueden ver en la imagen junto con dos discos espaciadores de fibra que se utilizan para nivelar la carga.
En funcionamiento, los anillos permanecen en un lugar mientras la placa de lapeado gira debajo de ellos. En esta máquina, se puede ver una pequeña bomba de lodo en el lateral, esta bomba alimenta el lodo abrasivo en la placa lapeadora giratoria.
Cuando sea necesario lapear muestras muy pequeñas (desde 75 mm (3 pulg) hasta unos pocos milímetros), se puede utilizar una plantilla de lapeado para sujetar el material mientras se lapea (consulte la Imagen 3, Máquina lapeadora y plantilla de retención) . Una plantilla permite un control preciso de la orientación de la muestra a la placa de lapeado y un ajuste fino de la carga aplicada a la muestra durante el proceso de eliminación de material. Debido a las dimensiones de muestras tan pequeñas, las cargas y pesos tradicionales son demasiado pesados, ya que destruirían materiales delicados. La plantilla se coloca en un soporte en la parte superior de la placa de lapeado y el dial en la parte delantera de la plantilla indica la cantidad de material eliminado de la muestra.
Lapeado de dos piezas
Cuando el apareamiento de las dos superficies es más importante que la planitud, las dos piezas se pueden lapear juntas. El principio es que las protuberancias de una superficie se desgastarán y se desgastarán por las protuberancias de la otra, lo que dará como resultado que dos superficies evolucionen hacia una forma común (no necesariamente perfectamente plana), separadas por una distancia determinada por el tamaño promedio del abrasivo. partículas, con una rugosidad superficial determinada por la variación en el tamaño del abrasivo. Esto produce resultados de proximidad de ajuste comparables a los de dos piezas planas con precisión, sin el mismo grado de prueba requerido para esta última.
Una complicación en el lapeado de dos piezas es la necesidad de garantizar que ninguna de las piezas se flexione o se deforme durante el proceso. A medida que las piezas se mueven una al lado de la otra, parte de cada una (un área cerca del borde) quedará sin soporte para una fracción del movimiento de frotamiento. Si una pieza se flexiona debido a esta falta de soporte, los bordes de la pieza opuesta tenderán a excavar depresiones en ella a una distancia corta del borde, y los bordes de la pieza opuesta se desgastarán fuertemente por la misma acción: el procedimiento de lapeado. asume una distribución de presión aproximadamente igual en toda la superficie en todo momento, y fallará de esta manera si la pieza de trabajo se deforma bajo esa presión.
Precisión y rugosidad superficial
El lapeado se puede utilizar para obtener una rugosidad superficial específica ; también se utiliza para obtener superficies muy precisas, normalmente superficies muy planas. La rugosidad de la superficie y la planitud de la superficie son dos conceptos bastante diferentes.
Un rango típico de rugosidad superficial que se puede obtener sin recurrir a equipos especiales estaría en el rango de 1 a 30 unidades Ra (rugosidad promedio), generalmente micropulgadas.
La precisión o planitud de la superficie generalmente se mide en bandas de luz de helio (HLB), un HLB que mide aproximadamente 280 nm (1.1 × 10 −5 in). Una vez más, sin recurrir a equipos especiales, las precisiones de 1 a 3 HLB son típicas. Aunque la planitud es el objetivo más común del lapeado, el proceso también se utiliza para obtener otras configuraciones, como una superficie cóncava o convexa.
Medición
Llanura
El método más sencillo para medir la planitud es con un medidor de altura colocado en una placa de superficie . Tenga en cuenta que debe colocar la pieza en tres soportes y encontrar la variación mínima mientras los ajusta, simplemente colocando la pieza en la placa de superficie y usando un indicador de cuadrante para encontrar TIR en el lado opuesto de la pieza mide el paralelismo. La planitud se mide más fácilmente con una máquina de medición coordinada. Pero ninguno de estos métodos puede medir la planeidad más exactamente de aproximadamente 2,5 m (9,8 × 10 -5 in).
Otro método que se usa comúnmente con piezas solapadas es la reflexión y la interferencia de la luz monocromática. [1] Todo lo que se necesita es una fuente de luz monocromática y un plano óptico . El plano óptico, que es una pieza de vidrio transparente que ha sido lapeado y pulido por uno o ambos lados, se coloca sobre la superficie lapeada. Luego, la luz monocromática se ilumina a través del vidrio. La luz pasará a través del vidrio y se reflejará en la pieza de trabajo. A medida que la luz se refleja en el espacio entre la pieza de trabajo y la superficie pulida del vidrio, la luz interferirá consigo misma creando franjas claras y oscuras llamadas anillos de Newton . Cada franja, o banda, representa un cambio de media longitud de onda en el ancho del espacio entre el vidrio y la pieza de trabajo. Las bandas de luz muestran un mapa de contorno de la superficie de la pieza de trabajo y se pueden interpretar fácilmente para determinar su planitud. En el pasado, la fuente de luz habría sido proporcionada por una lámpara o tubo de helio -neón, usando la línea de neón 632.8nm, [ cita requerida ] o la línea verde de vapor de mercurio, pero hoy en día una fuente más común de luz monocromática es la lámpara de sodio de baja presión. . [ cita requerida ] Hoy en día, se utilizan diodos láser y LED, que son fuentes de luz de banda estrecha y económicas. Con fuentes de luz semiconductoras, el azul es una opción, ya que tiene una longitud de onda menor que el rojo.
Para obtener una descripción más detallada de la física detrás de esta técnica de medición, consulte Interferencia .
Aspereza
La rugosidad de la superficie se define por las variaciones mínimas en la altura de la superficie de un material o pieza de trabajo determinado. Las variaciones individuales de los picos y valles se promedian (valor Ra) o se cuantifican por la mayor diferencia de pico a valle (Rz). La rugosidad se suele expresar en micrones . Una superficie que exhibe un Ra de 8 consiste en picos y valles que promedian no más de 8 µm en una distancia dada. La rugosidad también se puede medir comparando la superficie de la pieza de trabajo con una muestra conocida. Las muestras de calibración están disponibles generalmente vendidas en un juego y generalmente cubren el rango típico de operaciones de mecanizado desde aproximadamente 125 µm Ra hasta 1 µm Ra.
La rugosidad de la superficie se mide con un perfilómetro , un instrumento que mide las diminutas variaciones de altura de la superficie de una pieza de trabajo.
Ver también
- Bruñido plano : una variación del rectificado muy fino
- Metrología de superficie : para una breve descripción de estos dispositivos
Referencias
- ^ Inglés, RE (1953). "Planos ópticos". En Ingalls, Albert G. (ed.). Fabricación de telescopios aficionados, libro tres . Científico americano. págs. 156-162.
enlaces externos
- Mark Irvin, Engis Corporation (febrero de 2011). "Control de placa de lapeado y lapeado de diamante" (PDF) . Mecanizado de producción . Publicaciones Gardner. Archivado desde el original (PDF) el 25 de abril de 2012 . Consultado el 17 de noviembre de 2011 .
