*El tamaño de la granalla corresponde al número de malla que se utilizó en la separación de las partículas abrasivas. Aunque los tamaños de las granallas varían de grueso (46) a fino (600), los cepillos NAF no son herramientas de eliminación de material, como las ruedas de esmerilado o los productos revestidos de abrasivo. Sólo eliminan cantidades de material muy "pequeñas", cambiando características de superficie y mejorando el acabado minucioso. La Figura 3 muestra la eliminación relativa de material (y la capacidad de acabado de superficie) de los cepillos NAF comparada con la de los productos revestidos de abrasivos y de esmerilado. Como se muestra, los productos revestidos de abrasivo y de esmerilado pueden ser herramientas para eliminar materiales elevados, pero los cepillos NAF, los cepillos de hilo metálico y los productos abrasivos no tejidos son herramientas de acabado de superficie. La forma en la que los abrasivos actúan en los productos mencionados anteriormente controlan sus capacidades de remoción de material y de acabado de superficies. 

Por ejemplo, bajo una condición específica, una banda revestida de abrasivo de 80 granallas y un cepillo de rueda NAF DE 80 granallas se utilizan en una superficie de acabado de espejo (4 clavijas o .1 µm Ra) para comparar sus acabados. La banda produjo alambres más profundos y eliminó cantidades más grandes de material comparada con el cepillo NAF. Al medir el acabado, se pudo apreciar que la banda generó un acabado de 100 clavijas o 2.54 µm, (Ra). El cepillo NAF, aún con filamentos rectangulares agresivos, sólo generó un acabado de tan sólo 30 µin ó .76 µm, (Ra).




Figure 3:Una gráfica que muestra la capacidad relativa de eliminación de material (acabado de superficies) de varios productos de eliminación de material/acabado de superficies (Fuente: anónima)

2. Configuraciones de cepillos NAF: 

Los filamentos abrasivos de nylon se utilizan en varias configuraciones de cepillos, tales como rueda, disco, copa y tubo, según se muestra en la Figura 4. Se utilizan en equipos automatizados, como CNC, robots y otras configuraciones automatizadas especialmente diseñadas. También se utilizan en equipos manuales o semi automáticos, tales como herramientas portátiles de aire y eléctricas, esmeriladora de banco/pedestal, tornos de pulido y pulimiento, prensa de taladro y máquinas de moler. Estas configuraciones de cepillos se utilizan para procesar diferentes geometrías de piezas bajo diversas condiciones operativas, como se describe más adelante en los estudios de casos de aplicación en este documento.



Figura 4: Diferentes Configuraciones de Cepillos de Filamentos Abrasivos de Nylon (NAF): a) Rueda b) Disco c) Copa d) Tubería e) Terminal


3. Beneficios del proceso de cepillado NAF:

El proceso de cepillado NAF ofrece muchos beneficios para el usuario final: 

Durante el uso, los gránulos abrasivos nuevos se exponen constantemente, mientras se desgasta el nylon en la superficie de trabajo.Esto proporciona un cepillado constante durante la vida útil del cepillo.

Estos cepillos acomodan varios contornos de las piezas debido a su naturaleza adaptable y filamentosa. Su adaptación se acomoda a los pequeños erroes en la colocación de las partes y  a variaciones leves en tamaños de rebaba o partes, lo que los hace ideales para lugares de trabajo robóticos y automatizados [2].

Contrariamente a las herramientas rígidas, su adaptación también evita el daño a los componentes de valor agregado y por eso minimiza/elimina el desecho de los componentes. 

Se prestan a la automatización, haciendo así que los procesos de eliminación de rebabas y recducción de bordes requieran menos mano de obra y sean menos tardados. 

Gracias a la automatización, se pueden evitar las condiciones médicas como el tunel carpeano y la tendonitis.

Bajo las condiciones operativas normales, no se requiere ningún refrigerante; por lo tanto, no se producen desechos, logrando así un ambiente de trabajo limpio y seco. 

No se necesita equipo dedicado pues se pueden utilizar en CNC, robots y lugares de trabajo automatizados. 

Permiten operaciones de fresado y de eliminación de rebabas/acabado en una sola configuración, eliminando así la necesidad de manejo o compostura adicional de partes.

Los procesos de cepillado NAF no requieren preparación de las partes o una limpieza posterior, como lo requieren algunos métodos modernos. 

Reemplazan de forma económica métodos manuales tediosos,abrasivos no tejidos, acabados de medios masivos, pulidos y compuestos, fresado con abrasivos a flujo o chorro, limpieza con fuelle y métodos de eliminación de rebabas termales y electroquímicos. La tabla 2 describe algunas limitaciones de los métodos modernos que se pueden aminorar con el uso de los cepillos NAF.

Tabla 2: Limitaciones de métodos contemporáneos de eliminación de rebabas y
de reducción de bordes que se pueden superar con los cepillos NAF.

4. Diseño de una solución de eliminación de rebabas con el uso de los cepillos NAF: 

Se pueden diseñar soluciones eficaces de eliminación de rebabas al controlar el cepillo y procesar parámetros (vea la Figura 5) que afecten el desempeño y la agresividad del cepillo. Posteriormente encontrará algunos lineamientos para adaptar estos parámetros con el fin de que se ajusten a su aplicación específica. 


4.A. Parámetros del cepillo: A continuación se presenta información para seleccionar parámetros del cepillo para una eliminación de rebabas eficaz:

4.A.1. Configuración de filamentos: 
Utilice filamentos redondos cuando: 
-  se requiere una agresión reducida; especialmente al procesar metales suaves, como aluminio y cobre
- se requiere la adaptación de los cepillos para acomodar el contorno de una parte.

La selección adecuada de los diámetros de los filamentos les permite a estos alcanzar rebabas en áreas estrechas e inaccesibles, tales como rebabas en los extremos del serrucho de un fregadero de aluminio térmico. Esto quiere decir que los filamentos de diámetro más pequeño ofrecen mayor alcance a las áreas estrechas e inaccesibles que los filamentos más grandes. También es importante saber que los filamentos de diámetro más pequeño, aunque proporcionan mejor alcance, tienen partículas abrasivas más pequeñas, de manera que reducen la agresión del cepillado. La excepción a la regla son las granallas de 120, las cuales se presentan en diámetros tanto de .040” como de .022” . Para las aplicaciones que requieren alcanzar áreas estrechas e inaccesibles sin sacrificar la agresión, se recomienda utilizar los filamentos con diámetro de .022” de granallas de 120. También, para alcanzar áreas estrechas e inaccesibles, son más eficaces los filamentos rectos circulares que los filamentos circulares retorcidos. Los filamentos circulares retorcidos con filamentos circulares retorcidos de granallas de 180 son una buena opción para eliminar rebabas de las extrusiones de aluminio. Los de granalla de 180 son lo suficientemente agresivos para el aluminio suave, a la vez que proporcionan un buen acabado. 

Utilice filamentos regulares para maximizar la agresión y cuando cepille, no se preocupe de la adaptación del cepillo. El uso de los filamentos rectangulares con gránulos abrasivos de granalla de 80 proporcionará el cepillado más agresivo para incrementar la productividad.


4.A.2. Tamaños de granalla:
Utilice granalla de 80 para todas las aplicaciones, excepto cuando
- se necesite una fuerza menor, especialmente al procesar piezas delicadas y metales más suaves, tales como el aluminio y el cobre;
- se produzcan cortes mínimos de los bordes;
- se produzca el acabado deseado en una superficie;
- las intersecciones de filamentos más pequeños ofrecidas en otros tamaños de granalla de filamentos circulares se ajusten mejor para llegar a los bordes de agujeros y ranuras pequeñas y demás formas de las piezas




4.A.3. Tipo Abrasivo: 
Utilice carburo de silicio para todas las aplicaciones generales. 
Utilice óxido de aluminio sólo en los casos en que el carburo de silicio decolore las piezas o 
   incremente las preocupaciones de contaminación no ferrosa. 

4.A.4. Diámetro del cepillo y longitud de orilla:
El diámetro del cepillo depende del tamaño y de la forma de la pieza de trabajo y las restricciones del proceso/equipo. Algunas restricciones incluyen la velocidad de husillo disponible el diámetro máximo del cepillo que se puede utilizar, debido al área de seguridad de la máquina o la limitación de espacio entre el cepillo y la superficie de trabajo, etc.

Algunas veces, los diámetros de los cepillos de rueda se eligen con base en la longitud de las orillas. Por lo general, los cepillos de rueda con diámetros más largos tienen una mayor longitud en la orilla. Se requiere una longitud de orilla más larga para adaptarlo a las partes con contorno definido y para las partes que requieren más limpieza y acción de limado. En varios casos, cada diámetro de cepillo de rueda está disponible con orillas de varias longitudes para crear diferentes grados de adaptación y características de cepillado. Sin embargo, los cepillos para discos se ofrecen con una longitud de orilla estándar, a menos que se haga a la medida de una aplicación específica.

4.B. Parámetros del proceso: 
A continuación se presenta información para seleccionar los parámetros para una eliminación

4.B.1. Profundidad de interferencia (DOI): 
Si DOI es análoga a la profundidad de corte al trabajar con máquina. Depende de:
la longitud de la orilla: una orilla más larga puede acomodar una DOI mayor
la velocidad del husillo: velocidades bajas de husillo [r.p.m.] permiten una DOI mayor
la geometría de las partes: las partes con contorno definido requieren una
DOI mayor para permitir que los filamentos se adapten a contornos y que limpien y limen a través 
   de todos los bordes y superficies.

4.B.2. Velocidad del husillo (rpm): 
La velocidad del husillo depende del diámetro del cepillo, de la DOI y de la geometría de las piezas. La velocidad del husillo junto con el diámetro del cepillo, determina la velocidad sobre la superficie (SFM). Comúnmente, los cepillos NAF funcionan a velocidades de superficie inferiores a los 3500 SFM (17.8 m/sec) para evitar el recalentado y manchar de nylon la superficie de trabajo. Sin embargo, las velocidades altas de superficie se pueden adecuar con refrigerantes. Las tablas 3a y 3b muestran los campos de velocidad del husillo (r.p.m.) recomendados para varios diámetros de cepillos de rueda y disco.

Table 3a: Rangos recomendados de velocidad del husillo para cepillos de rueda

Tabla 3b: Rangos recomendados de velocidad del husillo para cepillos de disco

La velocidad de husillo recomendada para los cepillos de tubo no excede las 2000 rpm. La velocidad de husillo para un cepillo terminal no excede de 10,000 rpm. 

Cuando seleccione velocidades de husillo de las tablas anteriores, 
1. el uso de una velocidad alta del husillo en el rango mejorará la agresión del cepillo
2. al estar en el rango una velocidad baja del husillo, mejorará la adaptación del cepillo

La velocidad del husillo, influenciada por DOI, generalmente disminuye al incrementar el DOI. Esto asegura que la combinación de la velocidad del husillo y DOI permita que los filamentos se adapten suavemente a partes con contornos definidos. Dicha combinación asegura que los filamentos no golpeen la parte y reboten en la superficie, pero limpian y lijan a través de sus superficies y bordes. Esta acción de cepillado también contribuye a prolongar la vida del cepillo. Por lo tanto, las superficies con contorno se procesan a una velocidad menor y DOI mayor que las superficies planas.

4.B.3. Índice de alimentación: 
El índice de alimentación se determina por la cantidad requerida de eliminación de rebabas, la reducción de bordes o el acabado de superficies, así como el tipo de material que está en proceso. Generalmente es específico para la aplicación. Las alimentaciones lentas dan como resultado, una mejor acción de cepillado.

4.B.4. Refrigerantes: 
Los cepillos NAF pueden funcionar en seco; sin embargo, ciertas condiciones de eliminación de rebabas, tales como velocidades altas y combinaciones mayores de DOI, pueden crear una acumulación excesiva de calor, dando como resultado que los filamentos de nylon se derritan y manchen la superficie de trabajo. Para evitar las manchas, se recomienda el uso de refrigerantes. También se recomienda su uso al trabajar con CNC y otras configuraciones automatizadas para enjuagar las partículas de rebabas/metal y eliminar granalla abrasiva consumida de los componentes de precisión de la máquina, tales como cojinetes, guías y rieles. Las partículas abrasivas consumidas y las virutas de metal en los refrigerantes se pueden atrapar y eliminar por medio de un buen sistema de filtración con un filtro de por lo menos 50 micrones. Esto reducirá el desgaste natural de las máquinas, las mantendrá funcionando sin problemas y reducirá las partículas llevadas por el aire a un mínimo. Los refrigerantes utilizados generalmente son a base de agua.

4.B.5. Otras consideraciones del proceso:
Número de estaciones de cepillado requeridas: Una vez que los párametros del cepillado y otros procesos se hayan adecuado para proporcionar una máxima agresión, se puede establecer el tiempo de ciclo requerido para eliminar rebabas de la parte. Si este tiempo de ciclo no satisface el índice de producción deseado, se tendrán que establecer múltiples estaciones de cepillado.
Trayecto del cepillado y dirección de la rotación: Para una eliminación de rebabas eficaz, se deberán considerar el trayecto y la rotación del cepillado con respecto a la forma de la parte, así como la ubicación y orientación de la rebaba.

Caso 5:

En los casos que se presentan a continuación, se discuten algunas aplicaciones en las que se utilizan los cepillos NAF. La granalla abrasiva utilizada en todos los casos fue carburo de silicio. Se presentan más casos sobre aplicaciones, específicamente relacionados con extrusiones de aluminio. Apéndice A *** presenta más casos de aplicaciones de cepillos NAF. Los casos en el Apéndice, aunque no corresponden a las extrusiones de aluminio, se incluyen para mejorar la comprensión de los mecánicos de cepillado y proporcionarles ideas que se pueden aplicar o adoptar cuando desarrolle los procesos de eliminación de rebabas/acabado para las extrusiones de aluminio. 

5. Varias aplicaciones relacionadas con la eliminación de rebabas y el acabado de las extrusiones de aluminio

La eliminación de rebabas de varias formas de extrusiones de aluminio como se muestra en la Figure 6. Los métodos anteriores utilizaban limas manuales, cepillos de alambre y discos de lija, dependiendo de las formas de la pieza.

Los cepillos NAF de diversas configuraciones (rueda, disco, tubo y terminal) son muy convenientes para eliminar rebabas de varias formas moldeadas. Normalmente se escogen los cepillos con filamentos retorcidos de granallas de 180. Los filamentos retorcidos de granallas de 180 proporcionan la agresión adecuada en metales blandos, como el aluminio, sin sacrificar el acabado de la pieza. Su adaptación y su naturaleza filamentosa se acomodan a diversas formas sin dañar/cambiar la forma de las piezas. Cuando se cortan las puntas con serrucho para la eliminación de rebabas, se seleccionan ya sea los cepillos de rueda o los de disco,  dependiendo del equipo disponible y del nivel de automatización que se desea. Los cepillos de tubo y los cepillos de rueda de diámetro pequeño se utilizan para eliminación de rebabas/acabado dentro de los diámetros, mientras que los cepillos terminales para eliminación de rebabas/acabado en las áreas difíciles de alcanzar y las esquinas estrechas. Las Figuras de la 6 a la 16 muestran varias aplicaciones de eliminación de rebabas/acabado con diferentes configuraciones de cepillos.


Figura 6: Varias formas de extrusión de aluminio


Figure 7: Eliminación de rebabas de formas moldeadas de aluminio (Las extrusiones de la izquierda en cada fotografía muestran la extrusión antes de la eliminación de rebabas y las de la derecha muestran la extrusión después de la eliminación de éstas)

Figure 8a: Cortes de puntas con serrucho antes de la eliminación de rebabas


Figura 8b: Eliminación de rebabas en los cortes de puntas con serrucho utilizando un cepillo de disco 


Figura 9: Eliminación manual de rebabas en fregadero térmico en un esmeril de pedestal utilizando un cepillo de rueda

Figura 11: Producción de un acabado estético antes de la anodización



Figura 12: Eliminación de rebabas de las ranuras en diámetros interiores utilizando cepillos de tubo





Figura 13: Eliminación de rebabas de los bordes de la máquina utilizando cepillos terminales de banda (las bandas en los cepillos regulan los filamentos para facilitar la entrada del cepillo en el agujero)


Figura 14: Eliminación de rebabas de los agujeros taladrados en cavidades de una extrusión utilizando un cepillo terminal






Figura 15:Se remueven las marcas de extrusión y se produce un acabado  uniforme del diámetro interno de una pieza extruida utilizando una pila de Cepillos de rueda




Figura 16:Acabado estético de un tubo extruido utilizando una pila de Cepillos de rueda


6. Conclusión:

Los cepillos NAF son una excelente solución para las operaciones de eliminación de rebabas y de acabado. Reemplazan operaciones manuales muy tediosas, proporcionan consistencia y mejoran la productividad. Estas herramientas se adaptan a las piezas con contorno, evitan daños a las piezas de valor agregado, se prestan para la automatización y proveen un proceso seguro para el ambiente. 


Referencias:

1. Watts, J.H., "Abrasive Monofilaments - Factors that Affect Brush Tool",
    Conferencia SME de eliminación de rebabas y acondicionamiento
    de superficies, MR89-112, San Diego, CA, del
    13 al 16 de febrero de 1989.

2. Dawson, B.L., and Hennies R.C., "Robotic Long String Brush
    Deburring System", Conferencia SME de visión y robots, MR88-297,
    Detroit, MI, del 6 al 9 de junio de 1988..

3. Vaccari J.A., (Ed.) "Aluminum Engine Heads Deburred Automatically",
    American Machinist, pág. de la 45 a la 47, diciembre de 1993.

4. Hettes, F.J., "Brush with Success", Cutting Tool Engineering, pág.
    de la 39 a la 42, junio de 1992.

5. Dawson B. L., "Automated Surface Finishing", Aerospace Engineering,
    pág. de la 25 a la 28, agosto 1989.

6. Anónimo, "Nylon Brushes Feature Composite Hubs", Noticias
    moderanas de aplicación, pág. de la 26a la 27, junio 1992.



Apéndice A: Casos de aplicación 

Caso A: Ejes de leva automotriz 
Problema: Eliminación de rebabas y reducción de bordes de lóbulos y muñones, eliminación de escamas térmicas y produción de un acabado de superficie por debajo de 20 uin. o 0.5 pm (Ra).


a) Eje de leva automotriz en proceso 
con los cepillos de rueda NAF.


b) Partes de eje de leva procesado (izquierda) 
y no procesado (derecha). 


Caso B: Válvulas de motor de aluminio
Problema: Eliminación de rebabas de las válvulas de entrada y de escape,  superficie de los bloques trasero y delantero, frente de combustión y rieles de cubierta de las válvulas de los cilindros en la producción en estaciones de trabajo de eliminación de rebabas de estaciones múltiples.


a) Eliminación de rebabas en el frente de la válvula 
de escape (parte delantera) y la mitad del riel de 
cubierta (parte posterior).


b) Eliminación de rebabas de la otra mitad del riel 
de cubierta (parte delantera) y del frente de la válvula 
de entrada (parte posterior).


c) Eliminación de rebabas en frentes de bloque 
(sólo se muestra el frente).


d) Eliminación de rebabas del frente de combustión.
(Fotos: cortesía de ACME Manufacturing)

Caso C: Parte de transmisión de acero
Problema: Eliminación de rebabas y reducción 
de bordes interiores y esteriores del alojamiento 
utilizando cepillos de rueda.


a) Antes de la eliminación de rebaba


b) Después de la eliminación de rebaba

Caso D: Automóvil. Cuerpo de la válvula de transmisión 
Problem: Eliminar rebabas y romper los bordes del cuerpo de la válvula. 
Aproximadamente cada año se producen 50,000 de estas piezas.


Eliminación de rebabas en el cuerpo de la
válvula de transmisión con el cepillo para discos


Antes de la eliminación de rebabas


Después de la eliminación de rebabas

Caso E: Aro de llanta de automóvil
Problema: Eliminación de rebabas fresadas
en el interior de los aros de llantas de automóvil


Máquina automatizada para eliminación de 
rebabas en aros de llantas de automóvil utilizando 
cepillos de copa.


Vista de cerca y por secciones de la eliminación 
de rebabas en un aro de llanta con cepillos de 
copa NAF (Foto: cortesía de Hautau Specialty Machines, Inc.)

Caso F: Partes aeronáuticas de alumino [4,5]
Problema: Eliminación de rebabas y reducción de partes, desde protector de chispa hasta vigas mayores y moldes, utilizando cepillos de rueda de díametro amplio en un lugar de trabajo robótico. Algunas partes alcanzan hasta 4' (1.2 m) de ancho X 7' (2.1 m) de longitud.


Eliminación de rebabas de una parte aeronáutica 
de aluminio en una estación de trabajo robótica 
usando los cepillos NAF. (Foto: cortesía de Cincinnati Milacron)


Caso G: Planchas de compresoras de acero
Problema: Eliminación de rebabas y reducción de bordes en planchas compresoras después del esmerilado de superficies.


Palastros compresores de acero


Eliminación de rebaba de planchas compresaoras de acero con máquinas automatizadas con los cepillos de disco NAF (Fotos cortesía de Hautau Specialty Machines, Inc.)

Caso H: Aspas de turbina
Problema: Eliminar rebabas y generar una 
reducción de bordes (.005” - .030”) en las aspas de turbina


Antes de la eliminación de rebabas


Después de la eliminación de rebabas