Esmerilado y pulido inteligentes en el taller de fabricación

FIGURA 1. Un operador esmerila con un abrasivo unido.

El departamento de esmerilado y pulido sigue siendo una de las áreas más manuales e incomprendidas del taller de fabricación. Un fabricante podría examinar el anidamiento para optimizar el rendimiento del material, marcar los parámetros de corte para lograr ese borde perforado o cortado con láser perfecto y luego examinar el conformado para obtener una calidad óptima y la repetibilidad del ángulo de doblado. Después de eso, las piezas fluyen al departamento de esmerilado y pulido donde con demasiada frecuencia, los trabajadores luchan con herramientas inadecuadas y técnicas ineficientes en un entorno que obstaculiza la calidad y el rendimiento.

¿Cómo puede un taller de fabricación cambiar las cosas y aumentar la productividad en lo que sigue siendo el más manual de todos los procesos de fabricación de metal? Todo comienza teniendo el objetivo en mente, incluyendo el metal que los pulidores deben eliminar y las superficies que los pulidores deben lograr.

Los fundamentos

Todos los abrasivos eliminan material, pero cómo y por qué se usan los abrasivos varía mucho según lo que se necesite lograr con la operación. El uso de abrasivos en la fabricación de metales cae en una de tres áreas: el esmerilado funciona bien para la remoción de metales pesados, como cuando se esmerilan soldaduras (consulte la Figura 1); la mezcla ayuda a mezclar diferentes áreas de la pieza de trabajo (consulte la Figura 2), como cuando se mezclan soldaduras con el metal base, y el pulido prepara una superficie con un patrón de rayado específico.

En su mayor parte, los pulidores usan abrasivos aglomerados para una remoción de material agresiva y efectiva, mientras que los que mezclan usan abrasivos revestidos que tienen granos abrasivos similares, pero con un paño debajo que ayuda a mejorar el pulido de la superficie. Quienes realizan el pulido recurren a una variedad de medios según lo que necesiten lograr, desde abrasivos revestidos hasta materiales no tejidos y otros materiales acondicionadores de superficies, así como discos de copa, tambores de pulido y pastas de pulido diseñadas para crear un pulido de espejo estéticamente agradable.

Cuando ceder obstaculiza el rendimiento

Otro aspecto fundamental consiste en observar el rendimiento general de una operación de esmerilado y (especialmente) de pulido. El rendimiento no solo se rige por la rapidez con que un abrasivo elimina el material. Cambiar los medios abrasivos lleva tiempo, un hecho que no debe ignorarse.

El pulido tiene que ver con la creación de patrones de pulido específicos en las superficies de los materiales. Para lograrlos, los operadores pueden seguir varios pasos, progresando gradualmente a través de granos más y más finos. Esto parece lógico. Después de todo, a medida que los operadores pasan a un abrasivo más fino, reemplazan los rayones ligeramente más gruesos por otras ligeramente más finas.

Suponiendo que los pulidores usaron la técnica adecuada, el proceso de pulido en sí mismo, es decir, el momento en que los medios abrasivos entran en contacto con la superficie del material, podría ser bastante eficiente. Pero, ¿qué pasa con todo el proceso, incluido el cambio de medios y la limpieza entre pasos? Ese tiempo se acumula y los pasos adicionales pueden complicar toda la operación.

Observar a los pulidores experimentados puede revelar lo que es posible. Pueden comenzar con un medio extra grueso, un producto de grano medio, luego un producto de grano fino, después de lo cual (si la aplicación lo requiere) comenzarán a pulir. Pueden pasar más tiempo con cada producto abrasivo, pero no pasan tanto tiempo cambiando sus medios de pulido o limpiando. Y no es porque pasen menos tiempo limpiando entre paso y paso, simplemente tienen menos pasos.

¿Cómo logran esto exactamente? Parte de esto implica aprender a trabajar con los medios de pulido; otra parte implica olvidar lo que aprendieron en el departamento de esmerilado.

Los esmeriladores pueden abrirse camino hasta el departamento de pulido. Es una carrera profesional natural, pero aquellos que cambian entre los dos pueden desarrollar algunos malos hábitos. Lo que funciona en el esmerilado no necesariamente funciona para el pulido. Los dos procesos son realmente animales diferentes.

FIGURA 2. Un operador usa un abrasivo revestido para mezclar.

La experiencia cuenta

Piense en las ruedas abrasivas como las ruedas de un automóvil; en ambos casos, los bordes hacen la mayor parte del trabajo. Las esmeriladoras abordan al trabajo a altas RPM y un alto ángulo de ataque, lo que les permite hacer contacto con el trabajo a alta velocidad y alta presión. Piense en los discos abrasivos como los frenos de disco de un automóvil. La mayor parte de la superficie del disco hace un poco de trabajo. Esto requiere un ángulo de ataque más plano (ver Figura 3).

Si entra en un departamento de pulido y escucha el zumbido de las herramientas con el tono subiendo y bajando, es probable que algo ande mal. Los operadores de pulido novatos podrían estar trasladando lo que hacían para el esmerilado, abordando el trabajo en un ángulo de ataque alto con mucha presión. Ahora, en el departamento de pulido están cavando en el metal con un producto abrasivo que no fue hecho para cavar en absoluto. Al mismo tiempo, su exceso de presión está creando rayones más profundos que requerirán pasos adicionales para eliminarlos. Además, los operadores se cansan rápidamente cuando empujan sus herramientas eléctricas más de lo necesario, por lo que su trabajo se vuelve menos consistente. Al trabajar más duro, están creando más trabajo para ellos mismos.

Los discos de pulido abrasivos (consulte las Figuras 4 y 5) están hechos para aplicarse suavemente (en relación con el esmerilado) sobre la superficie para eliminar los rayones más gruesos y reemplazarlos por otros más finos. Los operadores experimentados tienen como objetivo usarlos a su RPM nominal óptima, no máxima. Aquellos que son nuevos en el acabado pueden leer la calificación de "RPM máximas" en la etiqueta y pensar que la configuración será la forma más rápida de terminar un producto, pero es todo lo contrario. Una clasificación máxima de RPM muestra lo más rápido que un operador puede usar el producto de manera segura; las RPM óptimas muestran dónde puede ser más efectivo para muchas aplicaciones.

Una herramienta de 10 amperios diseñada para sostener medios de hasta 5 pulgadas de diámetro. podría esmerilar a 11,000 RPM pero realizar los pasos de pulido entre 5,000 y 7,000 RPM. Dicho esto, las mejores RPM para usar dependen del producto que se termine y de los amperios disponibles que tenga una herramienta eléctrica.

La velocidad también cambia con el diámetro del disco. Los abrasivos cerca de la circunferencia exterior del disco rotarán más rápido (es decir, tendrán una mayor velocidad lineal) que los abrasivos cerca del centro, y el cambio será más pronunciado cuanto más grande sea el disco. El abrasivo cerca del borde de un disco de 7 pulgadas de diámetro que gira a 5,000 RPM se mueve más rápido que el abrasivo cerca del borde de un disco de 4.5 pulgadas. Sus rotaciones por minuto son las mismas; el abrasivo en el disco de 7 pulgadas solo necesita viajar alrededor de una rotación más larga.

Esta diferencia es la razón por la que a menudo verá que los acabadores experimentados ajustan la presión que aplican muy levemente a medida que avanzan hacia las esquinas para mezclar el patrón de rayones en toda la pieza de trabajo. Específicamente, podrían aligerar su presión cuando se mueven hacia una esquina. En el centro de la pieza de trabajo, todo el disco aplica un patrón de rayado, por lo que cualquier diferencia en la velocidad del abrasivo prácticamente se anula. Pero en la esquina, la situación cambia. Solo el abrasivo cerca del borde del disco puede llegar a la esquina, por lo que aumenta la "velocidad promedio" de los granos abrasivos que realizan el trabajo. Entonces, el pulidor experimentado se relaja un poco para compensar.

Acerca de la consistencia

En general, tales ajustes de presión son minuciosos y sutiles. De hecho, para cualquier proceso que utilice medios abrasivos (esmerilado, mezcla o pulido), la consistencia es primordial. Alguien que puede mantener una presión óptima en todo momento suele ser el más efectivo. Una vez más, escuchar es importante. Escuche el zumbido de una herramienta eléctrica que sube y baja continuamente, y es muy probable que un pulidor inexperto no esté aplicando una presión constante.

La consistencia en el movimiento también es importante, una lección aprendida en muchos departamentos de esmerilado que producen piezas de trabajo con pavonado. El pavonado se produce por sobrecalentamiento y, para evitarlo, una esmeriladora mantiene la herramienta en constante movimiento.

La elección abrasiva también importa aquí. Los abrasivos aglomerados se descomponen continuamente, por lo que, si un operador mueve la rueda de manera consistente y constante a lo largo del trabajo, el calor se evacua. Los abrasivos revestidos, por otro lado, tienen solo una capa de medio revestido sobre el disco. Por lo tanto, la generación de calor puede ser bastante intensa si el operador no sigue el patrón de movimiento correcto para evacuar el calor a través de la pieza.

Los abrasivos realmente duran

Los abrasivos revestidos modernos, especialmente los discos de lijado, se han convertido en algunas de las herramientas peor utilizadas en la fabricación de metales. Irónicamente, parte de esto tiene que ver con qué tan bien funcionan los medios abrasivos modernos.

FIGURA 3. Un operador usa un disco de copa con una herramienta de velocidad variable para lograr una superficie que supera el acabado No. 4. Además, se debe tener en cuenta el ángulo plano de ataque. El operador nunca clava la herramienta en el metal.

Los granos cerámicos y con forma de precisión tienden a tener tasas de eliminación de metal extremadamente altas durante los primeros cinco minutos de uso. Luego, su efectividad cae un poco, no dramáticamente, pero lo suficiente como para que muchos operadores tomen tiempo para reemplazar su disco. La verdad es que es probable que el disco tenga una hora o más de vida útil antes de que su tasa de eliminación disminuya drásticamente y el disco realmente necesite ser reemplazado.

Reemplazar los medios con tanta frecuencia aumenta los costos de abrasivos. Se podría argumentar que mantener esa tasa de eliminación tan alta valdría la pena todos los costos adicionales de consumibles, pero ese argumento no incorpora los efectos del tiempo de cambio de herramienta. Esto nuevamente se remonta a mirar todo el ciclo de acabado. La mejor decisión es terminar un poco más lento con menos cambios de herramientas.

Métodos de trabajo seguros y efectivos para esmerilado y pulido

Esmerilado. Los discos abrasivos de centro hundido tipo 27 están diseñados para usarse en un ángulo de trabajo de 15 a 20 grados. Las ruedas de esmerilado abrasivas flexibles se utilizan mejor con un ángulo de trabajo de entre 10 y 15 grados.

Discos Flap. Usar en un ángulo de trabajo entre 4 y 10 grados. Nunca use plano.

Discos de lijado. Los discos de lijado con respaldo de fibra funcionan mejor en un ángulo de trabajo de entre 4 y 10 grados. Deben usarse en una almohadilla de respaldo flexible de tamaño completo. Los discos de lijado se pueden usar con una almohadilla de respaldo rígida por debajo de 5 grados.

Ruedas Flap. Aplique una presión de trabajo moderada. Deje que las puntas de las aletas hagan el trabajo.

Cepillos de alambre. Trabaje con la cara del cepillo de alambre. Aplique una presión de trabajo moderada para permitir que las puntas del alambre hagan el trabajo y evitar que el alambre se doble demasiado.

Fuente: WALTER Surface Technologies. Las recomendaciones pueden variar según su proveedor de abrasivos y herramientas eléctricas.

Factores ambientales

Nadie gana la carrera si no se le dan las herramientas adecuadas. Esto incluye recibir los medios abrasivos adecuados y la herramienta eléctrica adecuada. Supongamos que alguien intenta colocar un cierto patrón de rayado en una pieza de trabajo mientras usa una herramienta eléctrica sin control de velocidad variable. O, a pesar de su técnica adecuada, descubren que necesitan cambiar continuamente a diferentes tamaños de grano, aunque un disco de láminas más versátil (con un grano agresivo en las láminas complementado con un respaldo más suave debajo) podría satisfacer mejor sus necesidades.

Los factores ambientales también juegan un papel. Los medios no deben almacenarse en ambientes excesivamente secos o húmedos. El trabajo debe estar libre de contaminantes, especialmente si una operación procesa tanto acero inoxidable como acero al carbono. Idealmente, el acero inoxidable y el carbono deben procesarse y (especialmente) almacenarse por separado, no solo en diferentes mesas o estantes dentro de la misma celda, sino en áreas completamente diferentes de la planta.

FIGURA 4. Se usa un disco de láminas en una herramienta de velocidad variable para producir un pulido circular No. 4.

Un fabricante de acero inoxidable recientemente dedicó tiempo a solucionar un problema de oxidación. La operación esperó de 24 a 48 horas para garantizar que el acero inoxidable estuviera completamente pasivado y, sin embargo, todavía aparecía óxido en una parte del producto entregado. El departamento de esmerilado y pulido estaba limpio y bien organizado, con aire filtrado. El departamento de pulido no fue el culpable; tenía que ver con cómo se almacenaba el trabajo en proceso. El acero inoxidable que se estaba puliendo había sido almacenado en bastidores de acero al carbono después del corte.

Además, no hay que olvidarnos de la luz. Los operadores necesitan ver lo que están haciendo. Con demasiada frecuencia, los talleres de fabricación no se dan cuenta de que las piezas no tienen el acabado que todos esperaban hasta que esas piezas se encuentran cerca del muelle de envío con luz que entra desde el exterior. ¿Por qué nadie se dio cuenta? La culpa es de la mala iluminación en el departamento de pulido.

El tipo de luz y el nivel de brillo pueden ser factores, pero la consideración importante suele ser de dónde proviene la luz, es decir, su dirección. Idealmente, la luz debe provenir de múltiples direcciones, lo que permite a los operadores inspeccionar el patrón de rayado final desde todos los ángulos.

Una receta para el éxito en el pulido

El rendimiento en el esmerilado y el pulido se trata de prestar atención a los detalles. De esta manera, la operación es un poco como hornear un pastel. Si te saltas un ingrediente, el resultado no será tan sabroso.

Con este fin, muchas operaciones documentan sus prácticas de esmerilado y pulido mediante el desarrollo de recetas. Detallan los pasos de pulido requeridos (ni demasiados ni muy pocos), el tiempo que se debe tomar en cada paso, la técnica (ángulo de aproximación plano, patrón de movimiento, presión, RPM), la limpieza requerida entre cada paso (la solución de limpieza para usar junto con un paño de microfibra), los medios abrasivos y la configuración de la herramienta eléctrica.

Adicionalmente, si combina estas recetas con una buena cocina (limpia, bien iluminada y con las herramientas adecuadas) y unos chefs que nunca dejan de aprender (formación y documentación sobre la técnica adecuada y los pasos de pulido). Mezcle todos estos ingredientes de la manera correcta, y la calidad y el rendimiento general seguramente mejorarán.

FIGURA 5. Un operador usa un disco de copa con una herramienta de velocidad variable para acercar la superficie de la pieza de trabajo a un pulido de espejo No. 8.