El lapeado es un proceso de mecanizado en el que se frotan dos superficies con un abrasivo entre ellas, mediante movimiento manual o utilizando una máquina.
El lapeado suele seguir otros procesos sustractivos con una eliminación de material más agresiva como primer paso, como el fresado y/o el esmerilado .
El lapeado puede adoptar dos formas. El primer tipo de pulido (tradicionalmente llamado a menudo pulido), implica frotar un material quebradizo como el vidrio contra una superficie como el hierro o el propio vidrio (también conocido como "lapeado" o herramienta de pulido) con un abrasivo como el óxido de aluminio , joyería. colorete , colorete de óptica , 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 para el lapeado, que se "carga" con el abrasivo. Luego, el regazo se utiliza para cortar un material más duro: la pieza de trabajo. El abrasivo se incrusta dentro del material más blando, lo que lo sujeta y le permite atravesar y cortar el material más duro. Llevado a un límite más fino, esto producirá una superficie pulida, como con un paño para pulir en un automóvil, o con un paño para pulir o brea para pulir sobre vidrio o acero.
Llevado al límite máximo, con la ayuda de una interferometría precisa y máquinas pulidoras especializadas o un pulido manual experto, los fabricantes de lentes pueden producir superficies planas de más de 30 nanómetros . Esta es una vigésima parte de la longitud de onda de la luz de la fuente de luz láser de neón de helio de 632,8 nm comúnmente utilizada. Superficies tan planas se pueden unir molecularmente ( contactar ópticamente ) juntándolas en las condiciones adecuadas. (Esto no es lo mismo que el efecto de escurrido de los bloques Johansson , aunque es similar).
Se puede utilizar un trozo de plomo como regazo, cargado con esmeril y utilizado para cortar un trozo de acero endurecido . El plato pequeño que se muestra en la primera imagen es un plato para lapear a mano. Esa placa en particular está hecha de hierro fundido . En uso, se extendía una suspensión de polvo de esmeril sobre la placa y la pieza de trabajo simplemente se frotaba contra la placa, generalmente en un patrón de "figura de ocho".
La segunda imagen es de una máquina lapeadora disponible comercialmente. La placa de lapeado o 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. Refiriéndose nuevamente a la segunda imagen, el regazo es el disco circular grande en la parte superior de la máquina. Encima del regazo hay dos anillos. La pieza de trabajo se colocaría dentro de uno de estos anillos. Luego se colocaría un peso encima de la pieza de trabajo. Los pesos también se pueden ver en la imagen junto con dos discos espaciadores de fibra que se utilizan para igualar la carga.
En funcionamiento, los anillos permanecen en un lugar mientras la placa de lapeado gira debajo de ellos. En esta máquina, se puede ver una pequeña bomba de lodo al costado, esta bomba alimenta lodo abrasivo sobre la placa de pulido giratoria.
Cuando es necesario lapear muestras muy pequeñas (desde 75 mm (3 pulgadas) 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 del 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 un soporte encima de la placa de lapeado y el dial en el frente de la plantilla indica la cantidad de material extraído de la muestra.
Cuando el acoplamiento de las dos superficies es más importante que la planitud, las dos piezas se pueden traslapar. El principio es que las protuberancias de una superficie se desgastarán y serán desgastadas por las protuberancias de la otra, lo que dará como resultado dos superficies que evolucionarán hacia una forma común (no necesariamente perfectamente plana), separadas por una distancia determinada por el tamaño promedio del abrasivo. partículas, con una rugosidad superficial determinada por la variación del tamaño del abrasivo. Esto produce resultados de ajuste comparables a los de dos piezas exactamente planas, sin el mismo grado de prueba requerido para estas últimas.
Una complicación del lapeado de dos piezas es la necesidad de garantizar que ninguna pieza se flexione ni se deforme durante el proceso. A medida que las piezas se mueven unas sobre otras, parte de cada una (alguna zona cerca del borde) quedará sin soporte durante una fracción del movimiento de fricción. Si una pieza se flexiona debido a esta falta de soporte, los bordes de la pieza opuesta tenderán a cavar depresiones en ella a una corta distancia del borde, y los bordes de la pieza opuesta se desgastan fuertemente por la misma acción: el procedimiento de lapeado. asume una distribución de presión aproximadamente igual en toda la superficie en todo momento y fallará de esta manera si la 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 y la planitud de la superficie son dos conceptos bastante diferentes.
Un rango típico de rugosidad superficial que se puede obtener sin recurrir a equipos especiales estaría en el rango de 1 a 30 unidades Ra (rugosidad promedio), generalmente micropulgadas.
La precisión o planitud de la superficie generalmente se mide en unidades de banda luminosa de helio ( HLB ), un HLB que mide aproximadamente 280 nm (1,1 × 10 −5 pulgadas). Nuevamente, sin recurrir a equipos especiales, son típicas 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 medidor de altura colocado sobre una placa de superficie . Debe configurar la pieza en tres soportes y encontrar la variación mínima mientras los ajusta, simplemente colocando la pieza en la placa de superficie y usando 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 pulgadas).
Otro método que se utiliza habitualmente con piezas traslapadas es la reflexión e interferencia de luz monocromática. [1] Todo lo que se necesita es una fuente de luz monocromática y un plano óptico . Sobre la superficie lapeada se coloca el plano óptico, que es una pieza de vidrio transparente que a su vez ha sido lapeada y pulida por uno o ambos lados. A continuación, la luz monocromática se proyecta a través del cristal. La luz atravesará el 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 puede interpretar fácilmente 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 necesaria ] 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 necesaria ] Hoy en día, se utilizan diodos láser y LED, ambos son fuentes de luz económicas y de banda estrecha. Con fuentes de luz semiconductoras, el azul es una opción, ya que tiene una longitud de onda más pequeña que el rojo.
Para obtener una descripción más detallada de la física detrás de esta técnica de medición, consulte interferencia .
La rugosidad de la superficie se define por las pequeñas variaciones en la altura de la superficie de un material o pieza de trabajo determinado. Las variaciones individuales de los picos y valles se promedian (valor Ra) o se cuantifican mediante la mayor diferencia entre pico y valle (Rz). La rugosidad suele expresarse en micras . Una superficie que exhibe un Ra de 8 consta de picos y valles que en promedio no superan los 8 µm en una distancia determinada. 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 a 1 µm Ra.
La rugosidad de la superficie se mide con un perfilómetro , un instrumento que mide las mínimas variaciones de altura de la superficie de una pieza de trabajo.