1. Introducción a los filamentos abrasivos de nylon: Los cepillos de filamentos abrasivos de nylon han brindado soluciones automatizadas de eliminación de rebabas para varias partes con formas complejas. Estas herramientas progresaron en la década pasada para enfrentar los requisitos cada vez más estrictos de la industria manufacturera de vanguardia. Los tiempos cíclicos más breves, tolerancias de partes más cerradas, mejores acabados de las partes, bordes exactos y costos más bajos de eliminación de rebabas se logran fácilmente al utilizar los cepillos NAF en CNC, robots y otros arreglos automatizados de eliminación de rebabas. Los cepillos NAF están elaborados con filamentos de nylon estabilizados por calor e impregnados con granos abrasivos, como se muestra en la figura 1. Al trabajar como limas flexibles, se adaptan a los contornos de las partes, limpiando y limando a través de bordes y de superficies. Esta acción elimina rebabas, pule bordes y da el acabado a las superficies en las piezas. Los tipos de filamentos disponibles son cilíndrico ondulado, cilíndrico recto o rectangular. Los filamentos rectangulares, debido a que tienen una mayor área transversal, son más rígidos que los filamentos cilíndricos y, por lo tanto, son más agresivos. También proporcionan un contacto abrasivo mayor con la superficie de trabajo, como se muestra en la figura 2.

Figura 1: Vista aumentada de los filamentos de nylon
impregnados con granos abrasivos

Figura 2: Una ilustración de la naturaleza del contacto de varias
configuraciones de filamentos con la superficie de trabajo

El nylon, un material ideal para los filamentos de cepillos, tiene una excelente dureza y propiedades de fatiga así como humedad, erosión y resistencia química en comparación con otros polímeros [1]. También, su buena memoria (habilidad para regresar a su posición original después de deformarse) se presta al cepillado. Los nylon utilizados en la producción de los filamentos abrasivos de nylon son de tipo 6, tipo 66 y tipo 612. De estos, el 612 ofrece la mayor resistencia al calor y se prefiere en las aplicaciones industriales. La relación normal del peso del grano abrasivo al total del peso de filamento es de 20 a 40%.

Los tipos de granos abrasivos usados comúnmente en los filamentos de nylon son el carburo de silicio y el óxido de aluminio. Los filamentos con nitruro de boro cúbico (CBN) y los abrasivos de diamante también están disponibles, pero aún no se ha encontrado un uso extenso. El carburo de silicio tiene excelente tenacidad, dureza y filo y es económico para su uso en filamentos de nylon. El carburo de silicio utilizado en estos filamentos tiene menos de 0.1% de óxido de hierro y no tiene hierro libre. Por lo tanto, los filamentos de carburo de silicio se pueden utilizar en metales no ferrosos, tales como el aluminio, sin que se oxiden por causa de contaminación de hierro [1]. Dado que el óxido de aluminio es más duro que el carburo de silicio, es menos probable que se figure y se utiliza para dar acabado a metales más blandos. También se usa cuando el riesgo de contaminación por carbono es una inquietud en las aplicaciones de "alta tecnología", especialmente en campos de la aeronáutica, aeroespacial y medicina biológica. Aunque el nitruro de boro cúbico y el diamante son más duros que el carburo de silicio, sus altos costos (casi 100 veces más que carburo de silicio) evitan que su uso sea extenso. Además, los filamentos de nylon suaves se desgastan antes de que se utilicen los abrasivos caros y duros completamente.

El grano abrasivo en los filamentos circulares tienen usualmente un tamaño de 46 a 600; el tamaño de grano disponible en filamentos rectangulares varía de 80 a 320. Estos tamaños de grano representan el número de malla (cedazo) utilizado en la separación de partículas abrasivas. Los números menores se relacionan con granos más gruesos (grandes). En los filamentos redondos, el tamaño del grano determina el diámetro del filamento (entre más grueso el grano, mayor es el diámetro del filamento) como se muestra en la tabla 1. Los filamentos rectangulares, sin importar el tamaño del grano, se ofrecen en .045" x .090", aunque otros tamaños de filamentos rectangulares se encuentran disponibles.

Tabla 1: Diámetros típicos de filamentos abrasivos de nylon y tamaños de grano.

* El tamaño del grano corresponde al número de malla usada en la separación de partículas abrasivas

Aunque los tamaños de grano varían de grueso (46) a fino (600), los cepillos NAF no son herramientas de remoción de material, como las ruedas de esmeril o las lijas. Sólo remueven cantidades de material muy "pequeñas", Cambiando características de superficie y mejorando el acabado minucioso. La figura 3 muestra una remoción relativa de material (y la capacidad de acabado de superficie) de los cepillos NAF comparada con la de los productos abrasivos revestidos (lijas) y los abrasivos sólidos. Como se muestra, los productos abrasivos revestidos y sólidos pueden ser herramientas para remover altas cantidades de material, pero los cepillos NAF, los cepillos de alambre metálico y los productos abrasivos de fibra no tejida son herramientas de acabado de  superficie. La manera en la que los abrasivos se retienen en los productos anteriores define las capacidades de remoción de material y de acabado de superficies. Por ejemplo, bajo una condición específica, una banda de lija de grano 80 y un cepillo circular de NAF rectangular  se pusieron a funcionar en una superficie de acabado de espejo (4 µin o .1 µm Ra) para comparar sus acabados. La banda hizo rayas más profundas y removió grandes cantidades de material en comparación con el cepillo NAF. Al medir el acabado, se detectó que la banda generaba un acabado de 100 µin. ó 2.54 µm, (Ra). El cepillo NAF, aún con filamentos rectangulares agresivos, generó un acabado de tan sólo 30 µin ó .76 µm, (Ra).

Figura 3: Una gráfica que muestra la capacidad relativa
de remoción de material (acabado de superficies) de 
varios productos de remoción de material / acabado de 
superficies (Fuente: Anónima)

2. Configuraciones del cepillo NAF: Los filamentos abrasivos de nylon se usan en varias configuraciones de cepillos, tales como circular, disco, copa,  de acabado y tubular, 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 semiautomáticos, tales como herramientas portátiles de aire y eléctricas, esmeriles de banco  y de pedestal, tornos de pulido y abrillantado, taladro de banco y máquinas de moler. Estas configuraciones de cepillos se usan para procesar diferentes geometrías de partes bajo varias condiciones operativas. Algunas aplicaciones que usan los cepillos circulares, de forma de disco y copa se explican posteriormente en la sección de casos.

Figura 4: Diferentes configuraciones de cepillos
de filamentos de nylon abrasivo (NAF):
circular, disco, copa, tubular y de acabado

3. Beneficios del cepillado NAF:

El proceso de cepillado NAF ofrece varios beneficios al consumidor final:

 Durante el uso, los granos abrasivos nuevos se exponen constantemente
   mientras se desgasta el nylon en la superficie de trabajo. Esto proporciona
   una acción consistente de cepillado a lo largo de la vida del cepillo.

 Estos cepillos se acoplan fácilmente a varios contornos de partes debido a
   su naturaleza adaptable y filamentosa.

 Su adaptación se acomoda a los pequeños errores 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 ello minimiza y/o elimina el desecho
   de los componentes.

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

 Debido a la automatización, se pueden evitar condiciones médicas como 
   el túnel del carpo y la tendonitis pueden ser prevenidas.

 Bajo condiciones normales de operación, no se requiere refrigerante, por lo 
   que no se producen desperdicios, logrando un ambiente de trabajo limpio y seco.

 No se necesita equipo dedicado, pues se pueden usar en máquinas de
   producción estándar, robots y lugares de trabajo automatizados.

 Permiten operaciones de fresado y de eliminación de rebabas y 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 pueden requerir algunos métodos modernos.

 Remplazan, de forma rentable, 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 presenta 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 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 de los cepillos: A continuación se presenta información para seleccionar los parámetros de los cepillos para una eliminación de rebabas eficaz:

4.A.1. Configuración de filamentos:
Utilice filamentos rectangulares para todas las aplicaciones, excepto cuando:
 se requiera una agresión reducida; especialmente al procesar metales más
   blandos, tales como aluminio y latón.
 se requiera la adaptación que los filamentos redondos ofrecen para
   acomodar el contorno de una parte.
 Las intersecciones grandes y rectangulares no se pueden introducir en las
   orillas de agujeros / ranuras y otras formas en la parte.

Nota: El uso de los filamentos rectangulares con granos abrasivos de tamaño de grano
80 proporcionará el cepillado más agresivo para incrementar la productividad.

4.A.2. Tamaño de grano
Use granos tamaño 80 para todas las aplicaciones, excepto cuando:
 se requiera una agresión reducida; especialmente al procesar partes
   delicadas y metales más blandos, como aluminio y latón
 se generan fracturas de cantos mínimos

 se debe producir un acabado de superficie deseado
 la intersección de filamentos más pequeña
   que se ofrece en otros tamaños de grano de filamentos cilíndricos es más 
   adecuada para introducirse en las orillas de agujeros / ranuras y otras
   formas en la parte.

Nota: El uso de filamentos rectangulares con granos abrasivos de tamaño
80 proporcionará un cepillado más agresivo para incrementar la productividad.

4.A.3. Tipo de abrasivo:
 Utilice carburo de silicio para todas las aplicaciones en general.

 Use óxido de aluminio sólo en los casos donde el carburo de silicio cause
   que la parte se decolore o aumente el peligro de contaminación
   de varias aplicaciones no ferrosas.

4.A.4. Diámetro del cepillo y longitud de la orilla:
El diámetro del cepillo depende del tamaño y de la forma de la pieza de trabajo y 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. Los diámetros del cepillo circulares se eligen algunas veces con base en la longitud de las orillas [1]. Generalmente los cepillos circulares con diámetro grande tienen una mayor longitud en las orillas. 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 circular está disponible con orillas de varias longitudes para crear diferentes grados de adaptación y características de cepillado. Sin embargo, los cepillos tipo disco 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 parámetros del
proceso para una eliminación de rebabas eficaz:

4.B.1. Profundidad de interferencia (DOI):
DOI es análoga a la profundidad de corte del fresado. 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 de husillo (r.p.m.):
La velocidad del husillo depende del diámetro del cepillo, de la DOI y la geometría de la parte. La velocidad del husillo, junto con el diámetro del cepillo, fija la velocidad lineal (SFM). Usualmente los cepillos NAF funcionan a velocidades lineales inferiores a los 3500 SFM (17.8 m/seg) para evitar el recalentado y manchar de nylon la superficie de trabajo. Sin embargo, velocidades lineales altas 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 circulares y de disco.

Tabla 3a: Rangos recomendados de velocidad del husillo

[1] La longitud de las orillas es la longitud libre de los filamentos del centro a la punta.


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

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

La velocidad del husillo, influenciada por DOI, generalmente disminuye al incrementar la 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 en 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, causando 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 (Control numérico computarizado) y otras configuraciones automatizadas para enjuagar las partículas de rebabas / metal y eliminar grano abrasivo consumido de los componentes de precisión de la máquina, tales como cojinetes, guías y rieles. Las partículas abrasivas consumidas y los pedazos de metal en los refrigerantes se pueden atrapar y eliminar por medio de un buen sistema de filtración con un filtro de al 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 parámetros 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 porcentaje 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.

5. Casos: En los casos que se presentan a continuación, se discuten algunas aplicaciones en las que se utilizan los cepillos NAF. El grano abrasivo utilizado en todos los registros de casos fue carburo de silicio.

Caso A: Ejes de leva automotriz

Problema: Eliminación de rebabas y reducción de bordes de lóbulos y muñones, eliminación de escamas térmicas y acabado de superficie por debajo de 20 µin. ó 0.5 µm (Ra.)

Solución: Este proceso utilizó un cepillo con diámetro de 14" cepillos NAF de rueda de filamentos ondulados de granos de 180 a 1000 r.p.m., como se muestra en la figura 6. Un corte largo y una velocidad baja permitieron que los filamentos limpiaran y lijaran a través de las superficies de los lóbulos y muñones. Se eliminaron las rebabas de la parte, se redujeron los bordes de los lóbulos y muñones y se eliminó la escama térmica. El acabado final tuvo un promedio de cerca de 16 µin. ó 0.4 µm (Ra).

Figura 6:



Eje de leva automotriz en proceso
Abajo los cepillos circulares NAF



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

Caso B: Válvulas de motor de aluminio

Problema: El fresado de tapas de cilindro de aluminio automotriz deja rebabas y bordes afilados. Las rebabas se pueden soltar e interferir con el funcionamiento del motor o pueden causar daño a las partes en movimiento. Se requirió un proceso para eliminar las rebabas de las válvulas de entrada y escape, de los bloques trasero y delantero, frente de combustión y rieles de cubierta de las válvulas de los cilindros en la producción.

Solución: Seis cepillos de disco diámetro de 5" y 14" con grano180 de filamentos cilíndricos ondulados se utilizaron para eliminar las rebabas de todos los bordes. Los cepillos se utilizaron en una celda de trabajo automatizada especialmente diseñada de estaciones múltiples, como se muestra en la figura 7. El refrigerante usado durante este proceso eliminó la rebaba suelta y las partículas abrasivas a la vez que minimizó el polvo del ambiente y mejoró el acabado de la superficie. Esta configuración automatizada puede eliminar las rebabas de 200 válvulas de cilindros por hora [3].

Figura 7:
Eliminación de rebabas en válvulas automotrices de cilindro de aluminio
en estaciones de trabajo automatizadas de estaciones múltiples



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



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



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



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 los bordes interiores y exteriores del alojamiento (Figura 8). El método anterior usó, en cuatro máquinas, cuatro cepillos trenzados de rueda de servicio pesado de alambre de acero de carbono con un diámetro de 14". La cabeza del cepillo se bajó sobre la parte de giratoria para eliminar la rebaba. Las desventajas de este proceso fueron la corta vida útil del cepillo debido a la rotura del alambre y el mal acabado de las partes debido a la acción del alambre de acero pesado en los bordes de la parte.

Solución: Como alternativa se sugirió un cepillo circular  NAF con diámetro de 14" con filamentos rectangulares de grano 80, girando a 1000 r.p.m. La figura 8 muestra la parte antes y después de la eliminación de rebabas. Este proceso mejoró el acabado de la parte y la vida del cepillo, y ofreció ahorros considerables. Los cepillos NAF cuestan 25% menos por unidad y producen 1800 partes comparadas con 500 por cepillado.


Figura 8: Parte de transmisión de acero



Vista de cerca: Antes de la 
eliminación de rebabas



Vista de cerca: Después de la 
eliminación de rebabas

Caso D: Auto. Cuerpo de la válvula de transmisión

Problema: Eliminar rebabas y romper los bordes del cuerpo de la válvula de transmisión. El método anterior trató de eliminar rebabas con un cepillo de copa de 6". Los problemas con este método fueron la inconsistencia y los bajos porcentajes de producción. Cada año se producen cerca de 50,000 de estas partes.

Solución: Se utilizó un cepillo de disco rectangular de grano 180 con un diámetro de 6" funcionando a 325 r.p.m., con un porcentaje de alimentación de 35"/min y .040" de DOI, (Figura 9). Este proceso eliminó consistentemente las rebabas de la parte, redujo los tiempos de ciclo de 3 a 1 y extendió la vida del cepillo de 5 a 1. El nuevo método también proporcionó un radio de alrededor de .005" a .008" en todos los bordes. La figura 9 muestra el cuerpo de la válvula antes y después de la eliminación de rebabas.

Figura 9: Auto. Eliminación de rebabas 
en el cuerpo de la válvula de transmisión 
con el cepillo de disco NAF.

Cuerpo de la válvula antes de la 
eliminación de rebabas

Cuerpo de la válvula después de la 
eliminación de rebabas

Caso E: Rin de automóvil

Problema: Fresar el interior del rin de automóvil produce rebabas y bordes afilados.

Solución: Dependiendo de la forma de la llanta a la que se le eliminará la rebaba, se utilizan cepillos de copa y de disco de varios diámetros, en máquinas especialmente diseñadas, como se muestra en la Figura 10. Aunque los cepillos de disco son herramientas más agresivas, las cuales pueden ofrecer tiempos de ciclo más cortos, la forma del rin que se muestra en esta figura requirió cepillos de copa de 3" de diámetro para accesar los bordes libres de la máquina. Los rines se montan y giran entre 0 a 24 r.p.m. Se emplean seis cabezas de cepillo con varias velocidades y capacidad de rotación inversa, como se muestra en la figura 10. Los tiempos de ciclo varían de 20 a 60 segundos, dependiendo de la forma de la llanta y de la dureza de las rebabas.



Figura 10: Máquina automatizada para eliminación
de rebaba en rines de automóvil utilizando
los cepillos de copa / disco NAF

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

Caso F: Componente diferencial

Problema: Eliminación de rebabas en bordes de agujeros en el interior y exterior del diámetro de la parte. Se eliminaron manualmente las rebabas de la parte en un proceso tedioso y lento.

Solución: Con el uso de los cepillos NAF se eliminó la rebaba de la parte con la misma configuración CNC (Control numérico computarizado) que la fresó. Un cepillo de disco con un diámetro de 3" y con filamentos rectangulares de grano 80 y orilla de 3" se insertó en la parte y se giró a 1750 r.p.m. mientras se alternaba. La rotación del cepillo ensanchó los filamentos, aplicando presión contra las paredes internas de la parte y eliminando rebabas de los bordes de los agujeros (Figura 11). Se eliminaron las rebabas de los bordes del agujero de afuera de la parte con un cepillo circular con filamentos rectangulares y un diámetro de 10" con grano 80 a 1200 r.p.m. (Figura 11). La automatización de la eliminación de rebabas suprimió el manejo de partes, la operación manual e incrementó la productividad.

Figura 11: Componente diferencial:



Paredes interiores de la parte antes 
antes de la eliminación de rebabas



Paredes interiores de la parte después 
de la eliminación de rebabas

Caso G: Partes aeronáuticas de aluminio [4,5]

Problema: Eliminación de rebabas y reducción de partes desde protector de chispa hasta vigas mayores y moldes. Algunas partes alcanzan hasta 4' de ancho x 7' de largo. Fresar estas partes implicó un alto grado de automatización (usando diseño auxiliado por computadora, CNC y robots). Sin embargo, la eliminación de rebabas y reducción de bordes ocuparon mucha mano de obra, fueron operaciones manuales lentas que emplearon limas, piedras, pequeñas ruedas de esmerilado y cortadoras. Algunas partes se tamborearon para la eliminación de rebabas.

Solución: Una alternativa fue el uso de cepillos de rueda NAF con orilla larga arriba de 8", utilizados en un sistema robótico como se muestra en la Figura 12. Su naturaleza adaptable y filamentosa acomodó varias partes con contorno sin dañar estas partes de valor agregado. Además, estas características facilitaron los estrictos requisitos de montaje, exactitud del sistema robótico, algoritmos sofisticados de control y compensaron las variaciones de tamaño de partes / rebabas. Comparado con métodos anteriores, se eliminaron las rebabas y se redujeron las partes, logrando una mejor consistencia y acabado de las partes. Se reportó una reducción del tiempo de ciclo de 4 horas a 45 minutos en la eliminación de rebabas de cabezas de granel y vigas mayores. También se liberó la tensión de las partes debido a la acción dinámica de los filamentos, mejorando la fatiga del metal y la corrosión debido a la tensión.

Figura 12: Eliminación de rebaba de una parte aeronáutica de aluminio
en una estación de trabajo robótica usando los cepillos NAF



(Foto: Cortesía de Cincinnati Milacron)

Caso H: Planchas de acero troquelado

Problema: La operación de esmerilado en las planchas de acero troquelado (4" x 6" x 1/8" de grosor) dejó rebabas en los bordes de los múltiples agujeros y ranuras de la superficie (Figura 13). Esa parte necesitaba una operación de eliminación de rebabas, rotura de bordes y acabado de superficie en un solo paso. El porcentaje de aspereza (Ra) inicial de los palastros medidos fue 30, µin. (.75 µm). El requisito de acabado de superficie fue lograr un valor Ra por debajo de 19 µin. (.47 µm).

El proceso anterior montaba las planchas en pedestales rotativos y lo alimentaba axialmente pasando a través de 2 cabezas de cepillos. Cada cabeza contenía una pila ancha de 25" de cepillos de rueda NAF con husillo de metal de baja densidad con un diámetro de 10" de filamentos redondos retorcidos de granallas de 180, funcionando a 1000 r.p.m. Se utilizó refrigerante durante el cepillado. Después del cepillado, la aspereza de la superficie se redujo de 30 a 17 µin. (.75 a .43 µm). Sin embargo, este método no logró que todos los palastros quedaran 100% libres de rebabas, ya que del 40 al 60% de las planchas procesadas tenían aún rebabas. El problema principal de la eliminación de rebabas fue cerca de los agujeros de 1/8" y 3/32".

Solución: Como alternativa, se utilizaron tres cepillos de disco de 14" de diámetro; de filamento ondulado de (1) grano 180 y (2) de grano 240. Las planchas se instalaron en una faja y se alimentaron por debajo de los cepillos, lo cual eliminó la necesidad de rotación de la plancha. Las tres cabezas de cepillos se alternaron a lo largo del husillo de alimentación de la plancha a 240 r.p.m. con una profundidad de interferencia de .080" y un porcentaje de alimentación de 35"/min. (14.82 mm/seg). No se utilizó refrigerante. El resultado fue planchas 100% libres de rebabas (50 palastros fueron inspeccionados) con rompimientos de bordes uniformes de .002" a .004". Las medidas de los acabados de superficie tuvieron un rango de 4.1 a 13.8 micro pulgadas, aunque la mayoría estuvo en un rango de 8.7 a 12.8 micro pulgadas.

Figura 13: Plancha de acero troquelado

Caso I: Planchas compresoras de acero

Problema: Eliminación de rebabas y reducción de bordes en las planchas compresoras después del esmerilado de superficies. La consideración principal era eliminar completamente las rebabas y pulir los bordes de los tres agujeros localizados en el centro, los cuales estaban en un plano inferior que la plancha de superficie.

Solución: Las partes se alimentaron bajo tres cepillos de disco de 6" de diámetro con filamentos rectangulares de grano 80 en una máquina automática de eliminación de rebabas de mesa giratoria, como se muestra en la figura 14. Los parámetros de operación fueron velocidad de cepillado de 1750 RPM y DOI de 100". La vida del cepillo se reportó en 8000 partes por conjunto de 3 cepillos. Un porcentaje de producción de 1200 partes como mínimo por turno de 10 horas, fue un requisito en este caso. Antes de emplear los cepillos NAF en una configuración automatizada, 2 operadores eliminaron manualmente las rebabas de 1200 partes en 10 horas. Con la automatización de los cepillos NAF, el porcentaje de producción se alcanzó fácilmente con un operador en 5 horas. En lugar de eliminar la rebaba de las partes manualmente, el operador sólo tuvo que supervisar la máquina. La automatización de los cepillos NAF duplicó su capacidad de producción a la vez que ahorraron 75% del costo de mano de obra. También mejoró la consistencia del eliminado de rebaba y mejoró las condiciones laborales, eliminando operaciones manuales tediosas que causan enfermedades como el síndrome del túnel carpiano, tendonitis y otras.

Figura 14:



Palastros compresores de acero



Eliminación de rebaba de planchas 
compresoras de acero con máquinas 
automatizadas de tres cepillos de 
disco NAF (Fotos: Cortesía de Hautau 
Specialty Machines, Inc.)

Caso J: Insertos de carburo

Problema: Obtener reducciones de bordes precisas en insertos de carburo con un rango de .0001" a .008". Una reducción precisa de bordes mejora la vida y el desempeño de los insertos, al eliminar rebabas sueltas y defectos microscópicos del borde, y añade fuerza y resistencia al impacto.

Solución: Ahora muchos fabricantes de insertos utilizan cepillos circulares NAF para esta operación. Los insertos se colocan en pedestales giratorios colocados en una mesa giratoria (vea Figura 15) y se alimentan debajo de los cepillos. La Figura 15 muestra los insertos de carburo antes y después de la reducción de bordes. Típicamente se usan cepillos con diámetros entre un rango de 10" a 14". Basados en la necesidad específica de cada fabricante, los filamentos utilizados eran redondos y ondulados entre un rango de tamaños de granos de 500 a 46 y de granos de 80 a 180 rectangulares para lograr los porcentajes de producción superiores a 500 insertos por hora. Un fabricante que requirió un radio de .001" a .002" reportó que él usó 6 cepillos NAF por cabeza en una máquina giratoria de dos cabezas y que produjo 62,000 insertos en la vida de los cepillos [4, 6].

Figura 15:

Eliminación de rebabas en inserto
de carburo en un pedestal giratorio



Insertos antes (izquierda) y después 
(derecho) de reducción de bordes
(Fotos: Cortesía de Harper Surface 
Finishing Systems, Inc.)

Caso K: Extrusiones de aluminio

Problema: Corte de puntas con serrucho para eliminación de rebabas en varias formas de extrusión de aluminio, como se muestra en la Figura 16. Los métodos anteriores usaban limas manuales, cepillos de alambre y discos de lija, dependiendo de las formas de la parte.

Solución: Los cepillos NAF en las configuraciones circular y de disco son muy convenientes para la eliminación de rebabas de varias formas moldeadas. Su naturaleza adaptable y filamentosa se ajusta a varias formas, por lo que se elimina la necesidad de seleccionar herramientas según las formas de la parte. Normalmente se escogen los cepillos con filamentos ondulados de grano 180. Los filamentos ondulados de grano 180 proporcionan la agresión adecuada en metales blandos, como el aluminio, sin sacrificar el acabado de la parte. La forma del cepillo (circular y de disco) se selecciona según la preferencia del usuario final y depende muchas veces del equipo disponible. El diámetro del cepillo se selecciona según el tamaño de la parte y otras restricciones del proceso / equipo. La figura 16 muestra las formas moldeadas antes y después de la eliminación de rebabas.

Figura 16:



Varias formas de extrusión de aluminio

Forma moldeada de aluminio antes (izquierda)
y después de la eliminación de rebabas (derecha).

Caso L: Álave de turbina

Problema: Eliminación de rebabas y reducción de bordes con el rango de radio requerido de (.005" a .030"). La Figura 17 muestra una fotografía de un álave de turbina. Se usaron ruedas de fibra para eliminar rebabas en una operación manual. El proceso resultó en una corta vida del producto y en un acabado inconsistente debido a la dependencia en la mano de obra.

Solución: El proceso se mejoró con cepillos de eje de filamentos cilíndricos rectos de grano 120 y con un diámetro de 14" a una velocidad de 1200 r.p.m. en una configuración automatizada. Las partes se rotaron contra dos cabezas de cepillo girando en direcciones opuestas. Los cepillos mejoraron el tiempo de ciclo y el costo de producción mientras proporcionaban un acabado más consistente. La figura 17, muestra una vista de cerca de un álave de turbina antes y después de la eliminación de rebabas.

Figura 17: Álave de turbina

Vista de cerca de un álave de turbina, 
antes de la eliminación de rebabas



Vista de cerca de un álave de turbina, 
después de la eliminación de rebabas.

6. Conclusión: Los cepillos NAF son soluciones excelentes para automatizar operaciones de eliminación de rebabas y de acabado. Estos sustituyen las operaciones manuales tediosas, proveen consistencia y mejoran la productividad. Estas herramientas se adaptan a partes con contorno, se prestan para automatización y proveen un proceso seguro para el ambiente.

Las aplicaciones incluyen, pero no se limitan a, la eliminación de rebabas y
a la reducción de bordes de:
 Engranes (acero, polvo de metal, hierro fundido)
 Bloques de motor de aluminio fundido, cajas de transmisión
 Rines de automóvil de aluminio fundido
 Componentes de acero troquelado
 Perfiles extruidos de aluminio
 Múltiples de admisión de hierro fundido
 Insertos de carburo de tungsteno

 Componentes de polvo de metal
 Acabado de superficies y de metales blandos (como aluminio, zinc y latón)
   y acero para producir acabados decorativos o acabados micro reducidos.

_______________________________________________________

Referencias:

1. Watts, J.H., "Abrasive Monofilaments - Factors that Affect Brush
    Tool Performance", 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. 25-2