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Jun 11, 2023

Moler imanes de tierras raras para darles forma

La demanda de imanes de tierras raras, como el cobalto de neodimio y el samario, está aumentando rápidamente, que son esenciales para la economía global debido a su fuerza magnética, sus capacidades de producción de energía y su

La demanda de imanes de tierras raras, como el neodimio y el samario-cobalto, está aumentando rápidamente, que son esenciales para la economía global debido a su fuerza magnética, capacidad de producción de energía y alta relación energía-peso.

El neodimio (Nd2Fe14B), el imán más potente por su peso, se utiliza ampliamente en generadores, vehículos eléctricos, turbinas eólicas y electrónica de consumo, mientras que el samario cobalto (SmCo5) se utiliza en aplicaciones como bombas, motores, maquinaria y automatización.

Dado que China domina actualmente la cadena de suministro mundial de imanes de tierras raras, la competencia por las materias primas se está desarrollando en el escenario internacional. Pero también lo es el desarrollo de técnicas de procesamiento, rectificado y acabado más eficientes para fabricar imanes de tierras raras. Para satisfacer la necesidad, se utilizan rectificadoras de superficie rotativas automatizadas y avanzadas para llevar los imanes al tamaño y acabado finales requeridos antes de la magnetización permanente. A través de un mayor control, los proveedores de imanes pueden ofrecer productos de valor agregado más precisos con especificaciones estrictas y con menos desperdicio, lo que hace que los proveedores nacionales sean más competitivos a nivel mundial.

Agilización del procesamiento

La producción de imanes de tierras raras como el neodimio o el samario-cobalto requiere numerosos pasos antes de que el producto pueda magnetizarse y enviarse. Una vez que se descubre, extrae, procesa y refina el mineral de tierras raras, se agregan ciertos elementos para crear una aleación.

Mediante una serie de procesos, la aleación se reduce a un polvo que se prensa en un molde bajo presión. El bloque resultante se sinteriza a alta temperatura en un horno para densificar el material y luego se recoce en un proceso de tratamiento térmico para aliviar la tensión.

Después de estos pasos, el material magnético sinterizado debe mecanizarse con precisión y rectificarse hasta obtener las formas y tamaños requeridos con un desperdicio mínimo. Los imanes sinterizados se pueden esmerilar de manera suave y paralela, hasta un diámetro exterior o interior específico, o cortarse en partes más pequeñas. Dado que el material es quebradizo y muy duro (Rockwell C 57 a 61), para cortar y pulir normalmente se requiere una rueda de diamante. Estos procesos deben realizarse con cuidado y precisión para minimizar astillas y grietas.

Sin embargo, las técnicas de rectificado tradicionales pueden ser lentas y requerir una experiencia considerable, además de carecer de suficiente control y confiabilidad para los procesos necesarios, según Mike Anderson, gerente de producto de DCM Tech, con sede en Winona, Minnesota, diseñador y constructor de rectificadoras de superficie rotativas industriales.

"Las amoladoras de mesa alternativas [en las que la pieza de trabajo se desplaza hacia adelante y hacia atrás debajo de la muela] pueden ser precisas, pero la velocidad de eliminación de material es lenta y se requieren muchas pasadas de rectificado", dice Anderson.

Las amoladoras de superficie rotativas antiguas son otra opción, pero pueden resultar problemáticas en manos de operadores menos experimentados. Sin control de las velocidades del husillo ni de controles manuales, los equipos más antiguos requieren operadores expertos que puedan sentir físicamente la retroalimentación de la máquina. Se necesitan conocimientos y experiencia considerables, lo que puede ser un desafío a medida que los operadores calificados se jubilan.

Los fabricantes de imanes industriales están descubriendo una alternativa más rápida y confiable en las modernas rectificadoras de superficie de mesa giratoria con husillo vertical, en las que la mesa gira con la pieza de trabajo sujeta firmemente en su lugar debajo de un husillo vertical. El rectificado no se realiza por el borde periférico de la muela, sino por todo el diámetro de la superficie abrasiva, lo que facilita el rendimiento y la consistencia del rectificado.

"Con las amoladoras de superficie de mesa giratoria, toda la pieza pasa a través de la muela, lo cual es más eficiente que las amoladoras de mesa alternativas que pueden tener piezas de trabajo más anchas que la muela", dice Anderson.

Hoy en día, las rectificadoras de superficie están diseñadas con sensores y controles mucho más avanzados que mantienen automáticamente tolerancias muy estrictas, eliminando material hasta una diezmilésima de pulgada del espesor final. La tecnología digital permite una interfaz con controles de pantalla táctil fáciles de usar. Cuando se combina con la automatización, ya no se requiere que los operadores de rectificadoras de superficie sean personas altamente capacitadas.

Por ejemplo, las unidades rotativas como la IG 282 SD de DCM Tech, con una mesa de velocidad variable de 24” y un motor de husillo rectificador de velocidad variable de 20 HP, hacen posible que prácticamente cualquier persona pueda operar una unidad con éxito.

Un ejemplo de innovación disponible en este modelo implica la automatización de la secuencia de toque inicial entre la rueda abrasiva y la pieza, que normalmente debe ser perfeccionada por el operador. Con esta opción actualizada, la tecnología de sensor avanzada detecta la vibración y luego inicia automáticamente la secuencia de molienda.

"La detección automática de piezas elimina la necesidad de que el operador realice 'retoques manuales', que consumen mucho tiempo y son propensos a errores, en los que alimentaría manualmente la máquina rectificadora hasta que toque la superficie de la pieza antes de iniciar manualmente la secuencia de rectificado", dice Anderson .

Las amoladoras de superficie giratorias avanzadas también son mucho más rápidas que las amoladoras alternativas porque las unidades pueden terminar el pulido más rápido al no tener que realizar múltiples pasadas de acabado en pasos finos.

Además, los controles programables de interfaz hombre-máquina (HMI) permiten a los operadores ingresar parámetros de molienda a través de una pantalla táctil. Para procesos rutinarios, una variedad de “recetas” de molienda con conjuntos de parámetros para piezas específicas brindan repetibilidad de los procesos, mejoran la calidad y ayudan a realizar cambios rápidos.

Según Anderson, la automatización proporcionada por las rectificadoras rotativas avanzadas permite a los operadores configurar la máquina y luego atender otras tareas. La máquina no necesita ser monitoreada constantemente porque tiene monitoreo de carga incorporado.

“El monitoreo de carga permite al usuario seleccionar un punto de ajuste de carga del husillo. La máquina detendrá el movimiento de alimentación automática cuando se alcance el punto de ajuste, lo cual es importante ya que el material del imán es frágil y duro. Demasiada presión entre la rueda y la pieza puede dañar la pieza de trabajo. El parámetro límite de carga del husillo ayuda a evitar esto automáticamente”, afirma Anderson.

Agrega que las trituradoras automatizadas también contribuyen a un ambiente más limpio en el taller porque la molienda se realiza dentro de una cubierta cerrada que contiene los desechos y evita que entren al área de trabajo.

A medida que las tolerancias de rectificado se vuelven más estrictas y los requisitos de producción crecen con la creciente demanda global, los fabricantes de imanes de tierras raras que aprovechan las rectificadoras de superficie rotativas automatizadas y avanzadas superarán a sus rivales incluso cuando los operadores experimentados se jubilen.

“Con las rectificadoras de superficie rotativas automatizadas, un maquinista puede capacitarse rápidamente para que domine el funcionamiento del equipo. Sólo se necesitan unas pocas horas de formación, no décadas de experiencia como ocurre con las máquinas más antiguas”, concluye Anderson. Añade que ahora se están desarrollando sistemas que incorporan automatización total y que se integrarán con un robot para cargar y descargar piezas sin operador.

A medida que China siga dominando los recursos de imanes de tierras raras, la necesidad de asegurar una cadena de suministro nacional y fabricar imanes industriales no hará más que aumentar para satisfacer la demanda mundial. Los fabricantes de imanes que aprovechen la tecnología de molienda avanzada desempeñarán un papel clave a la hora de agilizar el proceso de fabricación, reducir los residuos y aumentar la productividad y la repetibilidad.

Sustancia utilizada para esmerilar, bruñir, lapear, superacabar y pulir. Los ejemplos incluyen granate, esmeril, corindón, carburo de silicio, nitruro de boro cúbico y diamante en varios tamaños de grano.

Tasa de cambio de posición de la herramienta en su conjunto, en relación con la pieza de trabajo durante el corte.

Operación de mecanizado en la que se elimina el material de la pieza de trabajo mediante una muela abrasiva motorizada, piedra, correa, pasta, lámina, compuesto, lodo, etc. Toma varias formas: rectificado de superficies (crea superficies planas y/o cuadradas); rectificado cilíndrico (para formas cilíndricas y cónicas externas, filetes, socavados, etc.); rectificado sin centros; biselado; rectificado de hilos y formas; rectificado de herramientas y cortadores; molienda brusca; lapeado y pulido (pulido con granos extremadamente finos para crear superficies ultralisas); bruñido; y rectificado de discos.

Alimenta una muela abrasiva u otra herramienta abrasiva con el fin de eliminar metal y terminar piezas de trabajo con tolerancias estrechas. Proporciona superficies de pieza de trabajo lisas, cuadradas, paralelas y precisas. Cuando se requieren superficies y acabados ultrasuaves del orden de micras, se utilizan máquinas lapeadoras y bruñidoras (rectificadoras de precisión que procesan abrasivos con granos extremadamente finos y uniformes). En su función de “acabado”, la amoladora es quizás la máquina herramienta más utilizada. Hay varios estilos disponibles: amoladoras de banco y de pedestal para afilar brocas y taladros de torno; rectificadoras de superficie para producir piezas cuadradas, paralelas, lisas y precisas; amoladoras cilíndricas y sin centros; amoladoras de orificio central; formar amoladoras; rectificadoras de fresas y fresas frontales; rectificadoras de engranajes; amoladoras de plantilla; amoladoras de cinta abrasiva (de respaldo, de bastidor oscilante, de cinta rodante); rectificadoras de herramientas y cortadoras para afilar y reafilar herramientas de corte; trituradoras de carburo; rectificadoras manuales; y sierras de corte abrasivas.

Rueda formada a partir de material abrasivo mezclado en una matriz adecuada. Adopta una variedad de formas, pero se divide en dos categorías básicas: una que corta en su periferia, como en el rectificado alternativo, y otra que corta en su costado o cara, como en el rectificado con herramientas y cortadores.

Proceso que combina calentamiento y enfriamiento controlados de metales o aleaciones en su estado sólido para obtener las propiedades deseadas. El tratamiento térmico se puede aplicar a una variedad de metales de uso comercial, incluidos hierro, acero, aluminio y cobre.

Dimensión que define el diámetro interior de una cavidad o agujero. Ver OD, diámetro exterior.

Material ligero y abrasivo utilizado para el acabado de una superficie.

Cota que define el diámetro exterior de una pieza cilíndrica o redonda. Ver DI, diámetro interior.

Tira o bloque de material rectificado con precisión que se utiliza para elevar una pieza de trabajo, manteniéndola paralela a la mesa de trabajo, para evitar el contacto entre la cortadora y la mesa.