Acabado con múltiples beneficios

Elementos fundamentales del proceso

El bruñido por rodillo es un proceso de compresión y alisado sin virutas para superficies metálicas que se consigue mediante elementos rodantes. Para entender lo que ocurre durante este proceso de acabado y poder aprovechar todas sus ventajas, es conveniente tener unos conocimientos básicos sobre los requisitos, los efectos y las posibilidades. Estas son las principales áreas:

Calidad de la pieza de trabajo
Calidad de la pieza de trabajo
Cualquier superficie producida con métodos de corte muestra una estructura típica creada por la geometría y el avance del borde de corte. Esta forma de la superficie es crucial para el resultado del proceso de bruñido por rodillo.
 
 
Superficies creadas por bordes de corte definidos geométricamente, p. ej., torneado:

  • perfil periódico constante
  • rugosidad constante
  • picos de perfil marcados

Proceso de torneado

 

 

Los resultados son condiciones muy estables para un proceso de bruñido por rodillo.

 

Superficie típica creada por

bordes de corte definidos geométricamente


 

 

Superficie creadas por bordes de corte no definidos geométricamente, p. ej., pulido:

  • perfil irregular
  • rugosidad baja con "cortes sencillos"
  • formación de meseta

Proceso de pulido

 

 

Los resultados son mayores fuerzas de laminado y desgaste durante el laminado.

Superficie típica creada por

bordes de pulido no definidos

 

 

 

medición de la superficie

La medición de la superficie se realiza principalmente con un perfilómetro. Un puntero con diamante (p. ej., con un radio de 0,2 μm) se mueve verticalmente en contacto con la pieza de trabajo y, a continuación, se mueve horizontalmente por la superficie a lo largo de una distancia de medición definida. Así, se registra el perfil de la superficie. En realidad, todas las superficies se desvían más o menos de la superficie ideal (sin desviación de dimensión, forma y contorno). Los diferentes tipos de desviación de contorno pueden mostrarse por separado (p. ej., en cuadros).

 

 

 

Parámetros de rugosidad de la superficie

Parámetros de rugosidad de la superficie de Baublies
  • Altura total Wt:
    La altura total del tipo de perfil correspondiente es la altura máxima entre el pico más alto y el valle más profundo. Describe la ondulación de las superficies.
  • Profundidad de rugosidad máxima Rmax:
    La rugosidad máxima es la profundidad única mayor dentro de la longitud de evaluación. Depende de cada criterio concreto y, por tanto, puede variar enormemente.
  • Altura media máxima del perfil Rz:
    Valor medio de los cinco valores Rz de las cinco longitudes de muestra. Depende menos del criterio concreto y, por tanto, representa mejor la rugosidad "real".
  • Desviación de la media aritmética del perfil evaluado Ra:
    Ra es el valor de la rugosidad que se obtiene de la media aritmética de las cantidades de todos los valores de perfil. Ra no diferencia entre picos y valles y posee un carácter informativo relativamente bajo.
  • Altura máxima de pico de perfil Rp, profundidad máxima de valle de perfil Rv:
    El coeficiente de Rp y Rv muestra si prevalecen los picos o los valles en el perfil.
  • Proporción de material del perfil Rmr:
    Rmr indica la proporción que ha asumido la longitud total en el material en relación con la longitud de evaluación (en %). La comparación se realiza en la altura de sección especificada (c) y la longitud de evaluación total (lm). La curva de la proporción de material representa la proporción de material como una función de la altura de sección.
Propiedades de los materiales

Resistencia en N/mm2 o MPa

La resistencia es la capacidad del material para soportar la fuerza aplicada.
La resistencia de un material metálico viene determinada principalmente por la red cristalina y su estructura (errores de estructura de red). Las condiciones de tensión también influyen en la resistencia del material.



La resistencia de tracción se detecta mediante una prueba de tracción. Durante esta prueba, se expone la muestra de material a una fuerza de estiramiento cada vez mayor y, de este modo, se registran las deformaciones elásticas y plásticas asociadas en el diagrama de tensión-deformación.

 

Propiedades de los materiales de Baublies: dureza
Schema of a hardness measurement

Dureza

La dureza describe la capacidad del material para resistir indentaciones, es decir, compresiones en la superficie de un material provocadas por impactos.

Hay diferentes métodos de prueba para determinar la dureza (Rockwell, Vickers, Brinell).

El aumento de la dureza de superficie mediante el bruñido por rodillo es uno de los resultados positivos de la tecnología.

 

 

 

Endurecimiento de la capa superficial

Para hacer que los componentes de las aplicaciones técnicas sean duraderos y resistentes, se pueden aplicar diferentes métodos de endurecimiento de la capa superficial. Por ejemplo:

  • procesos térmicos (endurecimiento)
  • métodos termoquímicos (nitruración o nitrocarburación)
  • métodos mecánicos (bruñido por rodillo)

 

 

El endurecimiento por deformación a través de métodos mecánicos se basa en los siguientes mecanismos:

  • Endurecimiento en frío mediante el aumento de la densidad de dislocación que se produce por la formación de nuevas dislocaciones durante la deformación plástica del material.
  • La generación de tensiones residuales en la capa superficial. Las tensiones de compresión interiores, inducidas por el estiramiento de la superficie que se compensa por el material subyacente.
  • La transformación de la microestructura inducida mecánicamente.
  • La reducción del efecto de muesca mediante la mejora del acabado de la superficie.

 

 

Etapas de la deformación elástica y plástica

El gráfico muestra el comportamiento de extensión típico de los materiales dúctiles en la prueba de tracción donde se somete una barra de muestra a una fuerza de tracción progresivamente mayor.

 

Punto 0-1 La extensión de la barra es proporcional al aumento de la tensión. Por ejemplo, cuando la tensión aumenta un 10%, la longitud aumenta un 10%.
Punto 1 La barra alcanza el límite de proporcionalidad. Pasado este punto, la longitud empieza a aumentar a una velocidad ligeramente mayor que la tensión.
Punto 2 Se alcanza el límite de elasticidad. Pasado este punto, la barra ya no vuelve a su longitud original. En muchos materiales, el límite de elasticidad se obtiene casi inmediatamente después del límite de proporcionalidad.
Punto 3 La barra alcanza su punto de deformación. Una vez que se deforma, la longitud sigue aumentando, incluso sin que aumente la tensión.
Punto 4 Esta es la fuerza de tracción máxima (UTS) del material. Pasado este punto, aparece una franja (una sección más estrecha) en un punto a lo largo de la barra que indica que está a punto de fracturarse.
Punto 5 Este es el punto de fractura, donde la barra se rompe en dos.

 

 

Deformación del material

Hay que tener en cuenta la diferencia entre la deformación estática y dinámica.

 

Carga estática
Se trata de una fuerza constante que ejerce la tensión, presión o torsión sobre un material.
La capacidad de carga del material, empezando por la deformación plástica hasta la fractura, puede predecirse según las propiedades del material (diagrama de tensión-deformación) y el caso de carga.

 

Fmax = fuerza x área transversal

 

 

Deformación dinámica

Es una fuerza recurrente que ejerce la tensión, presión o torsión sobre un material.

En caso de deformación dinámica, el límite de carga es mucho menor en comparación con la deformación estática. El rendimiento del material se determina bajo dicha deformación. Se muestra en una curva S-N. Muestra la deformación tolerable dependiendo del número de ciclos de carga hasta la fractura. Según el número de ciclos de carga, distinguimos entre resistencia estática, temporal y permanente. El área de fractura se suele encontrar en un cambio de diámetros porque allí se produce un pico de la deformación del material. Además, las áreas de elevada rugosidad de superficie son la razón de las fracturas provocadas por el efecto de muesca.

 

El objetivo del bruñido por rodillo

La ventaja del bruñido por rodillo es la capacidad para conseguir una calidad de superficie máxima de forma económica, sencilla y fiable al tiempo que se aumenta la fuerza y la dureza de la pieza de trabajo.

 

 

Flujo de material durante el bruñido por rodillo
Material flow during roller burnishing

¿Qué es el bruñido por rodillo?

  • El bruñido por rodillo es un método sin corte para alisar y endurecer por deformación superficies metálicas con elementos conformados.
  • Durante el bruñido por rodillo, los elementos conformados se cargan con una fuerza dirigida verticalmente a la superficie (fuerza de bruñido por rodillo). Así, el perfil de rugosidad se deforma y nivela plásticamente.
  • El bruñido por rodillo cambia la condición de tensión de la capa superficial del material.
  • Se trata de un método de microacabado.

 

Movimientos de la pieza de trabajo y el rodillo durante el bruñido por rodillo
Movements of workpiece and roller during roller burnishing

Bruñido por rodillo para alisado

La fuerza del bruñido por rodillo produce una presión superficial (tensión hertziana) en la zona de contacto de los elementos de bruñido. De este modo, se alcanza el límite de flujo del material en la zona de contacto y se deforma y nivela plásticamente el perfil de la superficie. El volumen de material de las zonas elevadas de los picos del perfil se presionan hacia los valles del perfil de nivelado.
Así, se reduce significativamente la rugosidad de la superficie. La diferencia dimensional resultante entre la pieza pretratada y la pieza de trabajo bruñida depende de la rugosidad original. Aquí, la fuerza de laminado se mantiene lo más baja posible. El objetivo principal del proceso es la calidad de la superficie y no tanto el endurecimiento por deformación.

 

Ventajas

  • Superficies tipo espejo con rugosidad por debajo de 1 μm.
  • Alta proporción de material del perfil que crea unas características de desgaste optimizadas.
  • Riesgo reducido de formación de grietas provocadas por muescas microscópicas.
  • Resistencia a la corrosión mejorada.

 

Endurecimiento de diversos materiales mediante bruñido por rodillo
Hardening of various materials by roller burnishing

Endurecimiento por deformación mediante galateado

Durante la galateado, se lleva a cabo la misma cinemática que con el bruñido por rodillo. El objetivo es el endurecimiento por deformación del material. La presión de laminado es mayor en este caso. Así, se producen los siguientes efectos:

 

  • Endurecimiento provocado por movimientos de dislocación dentro de la estructura de cristal del material.
  • La presencia de un estado de tensión en la capa superficial. Esto ocurre debido a la interacción de la superficie plástica que se estira, que se compensa con una deformación elástica de la capa de límite. Este estado de tensión suele producirse a una profundidad de hasta 0,8 mm.
  • La transformación microestructural inducida mecánicamente.
  • La mejora de la calidad de la superficie y la reducción del efecto de muesca.
Aumento de la resistencia dinámica mediante el bruñido por rodillo
Increase of dynamic resiliance through roller burnishing

El nivel de endurecimiento por deformación depende de diferentes parámetros:

  • La presión y velocidad de laminado.
  • La geometría del rodillo y la pieza de trabajo.
  • Las propiedades del material.
  • El número de revoluciones en una determinada sección.
Increase of dynamic resiliance through roller burnishing

Propiedades de las superficies bruñidas por rodillo

Las superficies bruñidas por rodillo se caracterizan por las siguientes propiedades:

 

  • Valores de rugosidad muy bajos, hasta Rz <1 μm, lo que se traduce en una menor formación de grietas y corrosión.
  • Proporción de material muy alta del perfil como consecuencia de la formación de meseta.
  • Picos de perfil reducidos.
  • Perfil "redondeado", con menor abrasividad en comparación con una superficie pulida.
  • Mayor resistencia dinámica provocada por un endurecimiento por deformación significativo.
  • Mayor dureza de la superficie, lo que reduce el desgaste por abrasión.

 

¿Qué materiales pueden bruñirse por rodillo?

  • Se puede bruñir por rodillo cualquier metal que pueda deformarse plásticamente.
  • Las herramientas de bruñido por rodillo estándar con rodillos de acero pueden utilizarse con una dureza de hasta 45 HRC.
  • Al utilizar herramientas de bruñido de diamante, la dureza del material puede superar los 60 HRC.
  • La capacidad de laminación viene definida por la capacidad del material para deformarse plásticamente. Una indicación es la elongación de fisura, que debe ser superior al 5%. Una elongación de fisura mayor mejora la capacidad de laminado.

 

¿Qué resultados pueden conseguirse?

Dada la variedad de materiales, solo se muestran valores aproximados.

 

Rugosidad media Rz

Condiciones de proceso Acero (1,4104) Hierro fundido (GG40) Acero aprox. 60 HRC
Óptimas 0,5 - 1 1,5 - 2,5 0,5 - 1
Normales 0,8 - 1,5 2,5 - 4 0,8 - 1,5
Difíciles 1,5 - 3 4 - 6 1,5 - 3
  • Mecanizado de superficies duras por encima de 60 HRC:
    En el mecanizado de materiales con una dureza superior a 60 HRC, la superficie debe procesarse en un intervalo de Rz 2-5 μm. Así, el acabado de superficie que puede conseguirse es aproximadamente Rz 1 μm.
  • Proporción de material:
    El bruñido por rodillo aumenta la proporción del material. En una altura C de 0,2 - 0,4 μm, los valores deben alcanzar más del 70%.
  • Resistencia dinámica:
    La resistencia a la vibración suele aumentarse un 20 - 60%. En algunos casos, se puede lograr más del 100%.
  • Dureza de la superficie:
    El aumento de la dureza en el caso del acero puede ser superior a 20 HV y hasta 50 HV.

 

¿Qué geometrías pueden bruñirse por rodillo?

El bruñido por rodillo puede aplicarse sobre las superficies exteriores e interiores de casi todas las piezas de trabajo rotacionalmente simétricas.
Para bruñir por rodillo agujeros y ejes disponemos de una completa gama de herramientas estándar.
Gracias a nuestros más de 40 años de experiencia, también podemos ofrecer soluciones a medida para casi cualquier otra geometría.



El desarrollo de la tecnología de bruñido de diamante nos permite trabajar en nuevas áreas, como el bruñido de superficies de conformación libre, p. ej., en la fabricación de moldes.

 

Ejemplos de formas que se pueden bruñir

Tipos de herramientas de bruñido por rodillo

Según los distintos requisitos, las herramientas de bruñido por rodillo se dividen en diferentes tipos:

  • máquinas y herramientas de varios rodillos
  • herramientas de un rodillo
  • herramientas de bruñido de diamante
  • herramientas de conformado

 

 

Herramientas de varios rodillos

El diseño clásico de las herramientas de bruñido por rodillo corresponde a las herramientas de varios rodillos. Se presentan en una amplia gama de formas estándar y especiales.
Se utilizan normalmente para trabajar sobre agujeros cilíndricos, ejes, conos y superficies planas.
La ventaja de trabajar con varios rodillos que funcionan simultáneamente es el mecanizado rápido y económico sin fuerza cruzada al eje de rotación.
Este tipo de herramientas se utiliza en todos los tipos de máquinas establecidos.

Cinemática de las herramientas de varios rodillos

Durante el bruñido por rodillo gira la pieza de trabajo, la herramienta o ambas. Durante este proceso, el movimiento de laminado es similar a la cinemática de un engranaje planetario. El cono (1) está conectado con firmeza al accesorio de la herramienta (4). La caja con cojinete de bolas (3) que porta los rodillos (2) puede girar libremente. El cono soporta los rodillos y ajusta la presión necesaria para conformar la superficie. La posición axial del cono define el diámetro de la herramienta y la presión de laminado.

Herramientas de bruñido de un rodillo

  • En este caso, solo funciona un rodillo.
  • Las herramientas de un rodillo se presentan en diferentes diseños: sistemas variables, modulares y delgados.
  • Las herramientas de un rodillo se utilizan para procesar varios diámetros.
  • Las herramientas de un rodillo están cargadas con un muelle para compensar las tolerancias previas al trabajo.
  • Las herramientas de un rodillo pueden complementarse con rodillos estándar o de diseño especial, según los requisitos del proceso.
  • Las herramientas de un rodillo son aptas para procesar piezas cilíndricas y perfiles como radios, conos o ranuras.
  • Las herramientas de un rodillo son perfectamente aptas para el endurecimiento por deformación.

 

 

Smoothing and strain hardening of internal contour with a diamond burnishing tool

Herramientas de bruñido de diamante

  • En este caso, el proceso de bruñido no se realiza mediante un rodillo giratorio, sino mediante un diamante esférico fijo. El diamante se desliza por la superficie y forma un perfil similar a un laminado esférico sobre la superficie.
  • Este proceso de alisado y endurecimiento por deformación es similar al proceso con herramientas de laminado convencionales.
  • Las posibilidades de diseño y las extraordinarias características materiales
    del diamante aumentan significativamente las aplicaciones del bruñido por rodillo.
  • Con el área de contacto con forma de punta y el diseño delgado del diamante se pueden procesar numerosos contornos. Por ejemplo, con el diamante se pueden alisar piezas con paredes finas.
  • La enorme dureza del diamante permite mecanizar materiales con una dureza de más de 60 HRC.
  • El diseño de las herramientas contiene exclusivamente componentes mecánicos, por lo que se pueden utilizar las herramientas en casi cualquier máquina. No se precisan costosos equipos adicionales como herramientas accionadas o bombas hidráulicas.
  • El diseño delgado permite utilizar las herramientas en máquinas con espacio reducido como tornos suizos.
  • Según los requisitos de la pieza de trabajo, se puede adaptar la forma del diamante, desde radios variables a conos y pirámides.
  • La herramienta de bruñido de diamante se puede combinar con herramientas de corte.

 

 

Herramientas de conformado

  • Las herramientas de conformado son una característica especial de la gama de productos de Baublies. El diseño de las herramientas está relacionado con las herramientas de bruñido por rodillo.
  • El objetivo principal del proceso de conformado no es la mejora de la rugosidad de la superficie, sino la transformación específica de la geometría de la pieza de trabajo.
  • Las herramientas de conformado se utilizan normalmente con herramientas de mecanizado estándar (CNC) o con máquinas especiales que se integran en líneas de montaje.
Uso de las herramientas de bruñido por rodillo

Requisitos de la máquina

Las herramientas de bruñido por rodillo son compatibles con todas las herramientas comunes, como…

  • Tornos, tanto convencionales como CNC
  • Centros de mecanizado
  • Líneas de transferencia
  • Máquinas de transferencia rotativas
  • Perforadoras
  • Fresadoras, etc.

 

Las herramientas de bruñido por rodillo se utilizan en prácticamente todas las ramas de la metalurgia, p. ej., en automoción, componentes hidráulicos y neumáticos, la industria aeronáutica, medicina, construcción de maquinaria, fabricación de joyas, etc.

 

 

Posibilidades de sujeción y accesorios

El accesorio estándar para las herramientas de bruñido de varios rodillos es:

  • Cilíndrico según la norma DIN 1835
  • Cono Morse según la norma DIN 228

 

Todos los sistemas de sujeción comunes están disponibles, p. ej.:
VDI - DIN 69880,
SK - DIN 69871, DIN 2080
HSK - DIN 69893

También hay sistemas específicos para cada fabricante disponibles: Capto®, MVS®, KM®, ABS®

 

 

Refrigeración/Lubricación

Para el bruñido por rodillo en un proceso manual (p. ej., con una taladradora)
basta una pequeña cantidad de aceite para lubricar.
A una elevada velocidad de bruñido o presión, resulta útil disponer de una refrigeración continua con emulsión o aceite de corte para aumentar la durabilidad de la herramienta.

 

El fluido refrigerante/lubricante también se utiliza para retirar la suciedad de la superficie y debe mantenerse lo más limpio posible para evitar que las partículas de suciedad se depositen sobre la superficie. (Se recomienda filtrar el refrigerante).

 

Las herramientas de bruñido de diamante deben utilizarse con refrigerante porque el calor de fricción del diamante al deslizarse por la superficie podría dañarlo rápidamente.

Ventajas para los clientes

Mecanizado completo

Como resultado del mecanizado completo con una sola máquina, no es necesario utilizar máquinas especiales. El manejo de las piezas de trabajo en la producción se simplifica, por lo que se reducen los costes de transporte, almacenamiento y configuración de la máquina.

 

 

Procesamiento fiable

El proceso de bruñido por rodillo es extremadamente fiable, rápido y sencillo. Puede adaptarse fácilmente a un proceso de fabricación determinado.

 

 

Mejora de la calidad

En comparación con los procesos de virutas, hay un importante aumento de la calidad de la superficie, así como la fuerza, la dureza y la resistencia al desgaste del material.

 

 

Tecnología ecológica

En el proceso de bruñido por rodillo no se extrae ningún material, por lo que no hay productos que desechar.

 

 

Tecnología económica

El bruñido por rodillo es económicamente eficiente ya que los tiempos de ciclos son breves y la calidad del producto es elevada. El resultado es una fabricación con una buena relación calidad-precio y una rápida amortización.