El lapeado es un proceso de mecanizado en el que se frotan dos superficies entre sí con un abrasivo , mediante un movimiento manual o utilizando una máquina.
El lapeado a menudo sigue a otros procesos sustractivos con una eliminación de material más agresiva como primer paso, como el fresado y/o el rectificado .
El lapeado puede adoptar dos formas. El primer tipo de lapeado (tradicionalmente llamado rectificado) implica frotar un material frágil como el vidrio contra una superficie como el hierro o el propio vidrio (también conocido como herramienta de "lapeado" o rectificado) con un abrasivo como óxido de aluminio , rojo de joyero , rojo de óptico , esmeril , carburo de silicio , diamante , etc., entre ellos. Esto produce fracturas concoideas microscópicas a medida que el abrasivo rueda entre las dos superficies y elimina material de ambas.
La otra forma de lapeado implica un material más blando, como brea o cerámica , que se "carga" con el abrasivo. A continuación, el material se utiliza para cortar un material más duro: la pieza de trabajo. El abrasivo se incrusta en el material más blando, que lo retiene y le permite rayar y cortar el material más duro. Llevado a un límite más fino, esto producirá una superficie pulida, como la que se obtiene con un paño de pulir en un automóvil, o con un paño de pulir o brea de pulir sobre vidrio o acero.
Llevados al límite máximo, con la ayuda de una interferometría precisa y máquinas pulidoras especializadas o pulido a mano por expertos, los fabricantes de lentes pueden producir superficies con una superficie plana de más de 30 nanómetros . Esto es una vigésima parte de la longitud de onda de la luz de la fuente de luz láser de helio neón de 632,8 nm de uso común. Las superficies tan planas se pueden unir molecularmente ( contactar ópticamente ) al juntarlas en las condiciones adecuadas. (Esto no es lo mismo que el efecto de escurrido de los bloques de Johansson , aunque es similar).
Se puede utilizar un trozo de plomo como lapeador, cargado con esmeril, y utilizado para cortar un trozo de acero endurecido . La placa pequeña que se muestra en la primera imagen es una placa para lapear a mano. Esa placa en particular está hecha de hierro fundido . En uso, se esparciría una suspensión de polvo de esmeril sobre la placa y la pieza de trabajo simplemente se frotaría contra la placa, generalmente en un patrón de "figura de ocho".
La segunda imagen es de una lapeadora disponible comercialmente. La placa de lapeado de esta máquina tiene 30 cm (12 pulgadas) de diámetro, aproximadamente el tamaño más pequeño disponible comercialmente. En el otro extremo del espectro de tamaños, no son infrecuentes las máquinas con placas de 2,4 a 3,0 metros de diámetro (8 a 10 pies), y se han construido sistemas con mesas de 9 m (30 pies) de diámetro. Refiriéndonos nuevamente a la segunda imagen, la lapeadora es el gran disco circular en la parte superior de la máquina. Encima de la lapeadora hay dos anillos. La pieza de trabajo se colocaría dentro de estos anillos. Luego se colocaría un peso sobre la pieza de trabajo. Los pesos también se pueden ver en la imagen junto con dos discos espaciadores de fibra que se utilizan para nivelar la carga.
Durante el funcionamiento, los anillos permanecen en una posición mientras la placa de lapeado gira debajo de ellos. En esta máquina, se puede ver una pequeña bomba de lodo en el costado, que alimenta el lodo abrasivo a la placa de lapeado giratoria.
Cuando se requiere lapear muestras muy pequeñas (desde 75 mm (3 in) hasta unos pocos milímetros), se puede utilizar una plantilla de lapeado para sujetar el material mientras se lapea (ver Imagen 3, Máquina lapeadora y plantilla de retención). Una plantilla permite un control preciso de la orientación de la muestra con respecto a la placa de lapeado y un ajuste fino de la carga aplicada a la muestra durante el proceso de eliminación de material. Debido a las dimensiones de muestras tan pequeñas, las cargas y pesos tradicionales son demasiado pesados ya que destruirían materiales delicados. La plantilla se asienta en una cuna sobre la placa de lapeado y el dial en la parte delantera de la plantilla indica la cantidad de material eliminado de la muestra.
Cuando el acoplamiento de las dos superficies es más importante que la planitud, las dos piezas pueden ser lapeadas juntas. El principio es que las protuberancias de una superficie se desgastarán y serán desgastadas por las protuberancias de la otra, lo que da como resultado dos superficies que evolucionan hacia una forma común (no necesariamente perfectamente plana), separadas por una distancia determinada por el tamaño promedio de las partículas abrasivas, con una rugosidad superficial determinada por la variación en el tamaño del abrasivo. Esto produce resultados de ajuste comparables a los de dos piezas perfectamente planas, sin que se requiera el mismo grado de prueba para estas últimas.
Una complicación en el lapeado de dos piezas es la necesidad de garantizar que ninguna de ellas se flexione ni se deforme durante el proceso. A medida que las piezas se mueven una sobre la otra, parte de cada una (alguna zona cerca del borde) no tendrá soporte durante una fracción del movimiento de frotamiento. Si una pieza se flexiona debido a esta falta de soporte, los bordes de la pieza opuesta tenderán a excavar depresiones en ella a poca distancia del borde, y los bordes de la pieza opuesta sufrirán una gran abrasión por la misma acción: el procedimiento de lapeado supone una distribución de presión aproximadamente igual en toda la superficie en todo momento, y fallará de esta manera si la propia pieza de trabajo se deforma bajo esa presión.
El lapeado se puede utilizar para obtener una rugosidad superficial específica ; también se utiliza para obtener superficies muy precisas, normalmente superficies muy planas. La rugosidad superficial y la planitud superficial son dos conceptos bastante diferentes.
Un rango típico de rugosidad superficial que puede obtenerse sin recurrir a equipo especial estaría en el rango de 1 a 30 unidades Ra (rugosidad promedio), generalmente micropulgadas.
La precisión o planitud de la superficie se mide generalmente en unidades de banda de luz de helio ( HLB ), donde cada HLB mide aproximadamente 280 nm (1,1 × 10 −5 in). Nuevamente, sin recurrir a equipos especiales, son típicas las precisiones de 1 a 3 HLB. Aunque la planitud es el objetivo más común del lapeado, el proceso también se utiliza para obtener otras configuraciones, como una superficie cóncava o convexa.
El método más sencillo para medir la planitud es con un calibre de altura colocado sobre una placa de superficie . Debe colocar la pieza sobre tres soportes y encontrar la variación mínima mientras los ajusta; simplemente coloque la pieza sobre la placa de superficie y use un indicador de cuadrante para encontrar el TIR en el lado opuesto de la pieza para medir el paralelismo. La planitud se mide más fácilmente con una máquina de medición de coordenadas. Pero ninguno de estos métodos puede medir la planitud con mayor precisión que aproximadamente 2,5 μm (9,8 × 10 −5 in).
Otro método que se utiliza habitualmente con piezas lapeadas es la reflexión e interferencia de luz monocromática. [1] Una fuente de luz monocromática y un plano óptico son todo lo que se necesita. El plano óptico, que es una pieza de vidrio transparente que ha sido lapeado y pulido en uno o ambos lados, se coloca sobre la superficie lapeada. Luego, la luz monocromática se proyecta a través del vidrio. La luz pasará a través del vidrio y se reflejará en la pieza de trabajo. A medida que la luz se refleja en el espacio entre la pieza de trabajo y la superficie pulida del vidrio, la luz interferirá consigo misma creando franjas claras y oscuras llamadas anillos de Newton . Cada franja, o banda, representa un cambio de media longitud de onda en el ancho del espacio entre el vidrio y la pieza de trabajo. Las bandas de luz muestran un mapa de contorno de la superficie de la pieza de trabajo y se pueden interpretar fácilmente para determinar su planitud. En el pasado, la fuente de luz habría sido proporcionada por una lámpara o tubo de helio -neón, utilizando la línea de neón de 632,8 nm, [ cita requerida ] o la línea verde de vapor de mercurio, pero hoy en día una fuente más común de luz monocromática es la lámpara de sodio de baja presión . [ cita requerida ] Hoy en día, se utilizan diodos láser y LED, ambos siendo fuentes de luz económicas y de banda estrecha. Con fuentes de luz de semiconductores, el azul es una opción, teniendo una longitud de onda más pequeña que el rojo.
Para una descripción más detallada de la física detrás de esta técnica de medición, consulte interferencia .
La rugosidad de la superficie se define por las variaciones mínimas en la altura de la superficie de un material o pieza de trabajo determinados. Las variaciones individuales de los picos y valles se promedian (valor Ra) o se cuantifican por la diferencia más grande de pico a valle (Rz). La rugosidad se expresa generalmente en micrones . Una superficie que exhibe un Ra de 8 consta de picos y valles que promedian no más de 8 μm en una distancia dada. La rugosidad también se puede medir comparando la superficie de la pieza de trabajo con una muestra conocida. Las muestras de calibración están disponibles, generalmente se venden en un juego y generalmente cubren el rango típico de operaciones de mecanizado desde aproximadamente 125 μm Ra hasta 1 μm Ra.
La rugosidad de la superficie se mide con un perfilómetro , un instrumento que mide las pequeñas variaciones de altura de la superficie de una pieza de trabajo.