El bruñido es la deformación plástica de una superficie debido al contacto deslizante con otro objeto. Suaviza la superficie y la hace más brillante. El bruñido puede ocurrir en cualquier superficie deslizante si la tensión de contacto excede localmente la resistencia al límite elástico del material. El fenómeno puede ocurrir tanto de manera no intencional como un modo de falla , como intencionalmente como parte de un proceso de fabricación o de trabajo de metales . Es una operación de compresión bajo trabajo en frío .
La acción de una bola endurecida contra una placa plana más blanda ilustra el proceso de bruñido. Si se empuja la bola directamente contra la placa, se generan tensiones en ambos objetos alrededor del área donde entran en contacto. A medida que aumenta esta fuerza normal, tanto la bola como las superficies de la placa se deforman.
La deformación causada por la bola endurecida aumenta con la magnitud de la fuerza que la presiona. Si la fuerza sobre ella es pequeña, cuando se libera la fuerza, tanto la bola como la superficie de la placa volverán a su forma original, no deformada. En ese caso, las tensiones en la placa son siempre menores que el límite elástico del material, por lo que la deformación es puramente elástica. Como se dio por sentado que la placa plana es más blanda que la bola, la superficie de la placa siempre se deformará más.
Si se aplica una fuerza mayor, también se producirá una deformación plástica y la superficie de la placa se alterará de forma permanente. Quedará una hendidura en forma de cuenco, rodeada por un anillo de material elevado que fue desplazado por la bola. Las tensiones entre la bola y la placa se describen con más detalle en la teoría de tensiones hertziana .
Arrastrar la bola sobre la placa tendrá un efecto diferente al de presionarla. En ese caso, la fuerza sobre la bola se puede descomponer en dos fuerzas componentes: una normal a la superficie de la placa, que la presiona, y la otra tangencial, que la arrastra. A medida que aumenta el componente tangencial, la bola comenzará a deslizarse a lo largo de la placa. Al mismo tiempo, la fuerza normal deformará ambos objetos, al igual que en la situación estática. Si la fuerza normal es baja, la bola rozará contra la placa, pero no alterará permanentemente su superficie. La acción de roce creará fricción y calor, pero no dejará una marca en la placa. Sin embargo, a medida que aumenta la fuerza normal, eventualmente las tensiones en la superficie de la placa superarán su límite elástico. Cuando esto sucede, la bola atravesará la superficie y creará un surco detrás de ella. La acción de arado de la bola se llama bruñido. El bruñido también ocurre cuando la bola puede girar, como sucedería en el escenario anterior si se bajara otra placa plana desde arriba para inducir una carga hacia abajo y, al mismo tiempo, provocar la rotación y la traslación de la bola, como en el caso de un rodamiento de bolas.
El bruñido también se produce en superficies que se ajustan entre sí, como entre dos placas planas, pero ocurre a escala microscópica. Incluso las superficies más lisas tendrán imperfecciones si se observan con un aumento lo suficientemente alto. Las imperfecciones que se extienden por encima de la forma general de una superficie se denominan asperezas y pueden arrastrar material sobre otra superficie, al igual que la bola que se arrastra a lo largo de la placa. El efecto combinado de muchas de estas asperezas produce la textura manchada que se asocia con el bruñido.
El bruñido es normalmente indeseable en componentes mecánicos por diversas razones, a veces simplemente porque sus efectos son impredecibles. Incluso un bruñido ligero alterará significativamente el acabado de la superficie de una pieza. Inicialmente, el acabado será más suave, pero con la acción de deslizamiento repetitiva, se desarrollarán ranuras en la superficie a lo largo de la dirección de deslizamiento. La deformación plástica asociada con el bruñido endurecerá la superficie y generará tensiones residuales de compresión. Aunque estas propiedades suelen ser ventajosas, el bruñido excesivo conduce a grietas subsuperficiales que causan desconchado , un fenómeno en el que la capa superior de una superficie se desprende del material en masa.
El bruñido también puede afectar el rendimiento de una máquina . La deformación plástica asociada con el bruñido crea mayor calor y fricción que el frotamiento solo. Esto reduce la eficiencia de la máquina y limita su velocidad. Además, la deformación plástica altera la forma y la geometría de la pieza. Esto reduce la precisión y exactitud de la máquina. La combinación de mayor fricción y forma degradada a menudo conduce a una situación de descontrol que empeora continuamente hasta que el componente falla.
Para evitar un bruñido destructivo, se debe evitar el deslizamiento y, en situaciones de rodadura, las cargas deben estar por debajo del umbral de desconchado. En las áreas de una máquina que se deslizan entre sí, se pueden insertar cojinetes de rodillos para que los componentes estén en contacto rodante en lugar de deslizarse. Si no se puede evitar el deslizamiento, se debe agregar un lubricante entre los componentes. El propósito del lubricante en este caso es separar los componentes con una película de lubricante para que no entren en contacto. El lubricante también distribuye la carga sobre un área más grande, de modo que las fuerzas de contacto locales no sean tan altas. Si ya había un lubricante, se debe aumentar el espesor de su película; generalmente, esto se puede lograr aumentando la viscosidad del lubricante.
El bruñido no siempre es indeseado. Si se produce de forma controlada, puede tener efectos deseables. Los procesos de bruñido se utilizan en la fabricación para mejorar el tamaño, la forma, el acabado de la superficie o la dureza de la superficie de una pieza de trabajo. Es esencialmente una operación de conformado que se realiza a pequeña escala. Los beneficios del bruñido a menudo incluyen la lucha contra el fallo por fatiga , la prevención de la corrosión y la corrosión bajo tensión, la texturización de las superficies para eliminar los defectos visuales, el cierre de la porosidad y la creación de una tensión residual de compresión superficial .
Existen varias formas de procesos de bruñido, los más comunes son el bruñido con rodillos y el bruñido con bolas (un subconjunto del cual también se conoce como bruñido con bolas). En ambos casos, una herramienta de bruñido se desplaza contra la pieza de trabajo y deforma plásticamente su superficie. En algunos casos del último caso (y siempre en el bruñido con bolas), se frota, en el primero generalmente gira y rueda. La pieza de trabajo puede estar a temperatura ambiente o calentada para reducir las fuerzas y el desgaste sobre la herramienta. La herramienta generalmente se endurece y se recubre con materiales especiales para aumentar su vida útil.
El bruñido con bolas, o ballizing, es un reemplazo para otras operaciones de acabado de orificios, como el esmerilado, el bruñido o el pulido. Una herramienta de ballizing consiste en una o más bolas de gran tamaño que se empujan a través de un orificio. La herramienta es similar a una brocha , pero en lugar de cortar material, lo quita del camino. [1]
El bruñido con bolas también se utiliza como operación de desbarbado. Es especialmente útil para eliminar la rebaba en el medio de un orificio pasante perforado desde ambos lados. [1]
En ocasiones, en los centros de fresado CNC se utilizan herramientas de bruñido de bolas de otro tipo para realizar una operación de fresado con punta esférica: la bola endurecida se aplica a lo largo de una trayectoria en zigzag en un soporte similar a un bolígrafo, excepto que la "tinta" es un lubricante presurizado reciclado. Esto combina la productividad de un acabado mecanizado que se logra mediante un corte de "semiacabado" con un acabado mejor que el que se puede obtener con cortes de acabado lentos y que requieren mucho tiempo. La velocidad de avance para el bruñido es la asociada con el "desplazamiento rápido" en lugar del mecanizado de acabado.
El bruñido con rodillos, o laminado de superficies, se utiliza en piezas de trabajo cilíndricas, cónicas o con forma de disco. La herramienta se parece a un cojinete de rodillos, pero los rodillos suelen ser ligeramente cónicos para que su diámetro envolvente se pueda ajustar con precisión. Los rodillos suelen girar dentro de una jaula, como en un cojinete de rodillos. Las aplicaciones típicas del bruñido con rodillos incluyen componentes de sistemas hidráulicos, filetes de ejes y superficies de sellado. [2] Se puede ejercer un control muy preciso del tamaño.
El bruñido también se produce en cierta medida en los procesos de mecanizado. En el torneado, el bruñido se produce si la herramienta de corte no está afilada, si se utiliza un ángulo de ataque negativo grande , si se utiliza una profundidad de corte muy pequeña o si el material de la pieza de trabajo es gomoso. A medida que una herramienta de corte se desgasta, se vuelve más desafilada y el efecto de bruñido se hace más pronunciado. En el rectificado, dado que los granos abrasivos están orientados aleatoriamente y algunos no están afilados, siempre hay cierta cantidad de bruñido. Esta es una de las razones por las que el rectificado es menos eficiente y genera más calor que el torneado. En el taladrado, el bruñido se produce con brocas que tienen estrías para pulir el material a medida que lo perforan. Las brocas helicoidales normales o las brocas de estrías rectas tienen 2 estrías para guiarlas a través del orificio. En las brocas de bruñido hay 4 o más estrías, de forma similar a los escariadores.
El engaste bruñido , también conocido como engaste al ras, gitano o de percusión, es una técnica de engaste que se utiliza en el engaste de piedras . Se perfora un espacio en el que se inserta una piedra de manera que el filetín de la piedra, el punto de diámetro máximo, esté justo debajo de la superficie del metal. Se utiliza una herramienta de bruñido para empujar el metal alrededor de la piedra para sujetarla y darle un aspecto al ras, con un borde bruñido a su alrededor. Este tipo de engaste tiene una larga historia, pero está resurgiendo en la joyería contemporánea.