Processo de Lapidação (Lapping): Princípios, Tipos, Materiais e Aplicações

Olá leitor, esperamos que esteja bem! Neste artigo, vamos aprender sobre o Processo de Lapidação e seus subtópicos como Definição, Princípio de Funcionamento, Tipos, Material, Vantagens, Desvantagens e Aplicações em detalhes.

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Vamos começar,

O que é Processo de Lapidação?

Lapidação é um processo de usinagem de baixa pressão usado para aumentar a precisão dimensional e acabamento superficial da peça de trabalho. O processo de lapidação usa finas partículas abrasivas para realizar ação de corte na superfície da peça.

A peça é esfregada contra a placa de lapidação com a ajuda de uma máquina ou manualmente, com partículas abrasivas em pó ou pasta abrasiva entre elas.

O processo de lapidação suaviza a superfície da peça, o que aumenta a funcionalidade e estética da peça. Também é usado para garantir o encaixe correto entre duas peças e corrigir pequenas imperfeições.

Princípio do Processo de Lapidação

O funcionamento simples de um processo de lapidação envolve três elementos: uma peça, uma placa de lapidação e partículas abrasivas.

Partículas abrasivas são derramadas sobre a placa de lapidação e a peça é esfregada sobre ela.

As partículas abrasivas removem material microscópico da peça quando uma força é aplicada durante o movimento relativo entre a placa e a peça.

As partículas abrasivas tendem a reduzir ou aplainar os picos e vales microscópicos presentes na superfície da peça.

Características do Processo de Lapidação

As seguintes características do Processo de Lapidação são:

• O tamanho do grão abrasivo usado no processo de lapidação varia de 120 a 1200 mesh dependendo da suavidade superficial desejada.
• O abrasivo usado pode ser em forma de pó ou misturado com óleos ou graxas adequados chamados veículos.
• Uma quantidade muito pequena de material é removida no processo de lapidação, cerca de 0,025 mm.
• O processo de lapidação pode ser feito manualmente ou com ajuda de máquinas.
• Materiais comumente lapidados são materiais duros como aço.
• A pressão aplicada durante o processo de lapidação é baixa quando comparada a outros processos de acabamento superficial.

Tipos de Processos de Lapidação

Existem dois tipos de processos de lapidação que são subdivididos em seus respectivos domínios:

1. Lapidação Manual
2. Lapidação por Máquina

#1. Lapidação de Superfície Plana

A placa de lapidação aqui é feita de ferro fundido cinzento. Contém algumas ranhuras usadas para coletar cavacos metálicos e partículas abrasivas residuais.

Grãos abrasivos do tamanho desejado são polvilhados sobre a placa. Então a peça é esfregada cuidadosamente na placa.

Mais quantidades de partículas abrasivas da mesma mesh são adicionadas quando necessário. Uso de fluido adequado pode ser feito se necessário. O processo deve ser realizado por operador qualificado.

Uma vez finalizada a lapidação, a placa deve ser limpa para o próximo uso.

Nota: O uso excessivo de partículas abrasivas pode danificar a placa. Isso pode resultar em acabamento inadequado do trabalho e falha da placa.

#2. Lapidação Cilíndrica

As placas usadas para lapidação de superfícies internas e externas de peças cilíndricas são feitas de ferro fundido maleável, cobre ou latão.

Para lapidação da superfície interna de um cilindro, as placas são feitas para ter encaixe próximo com o diâmetro interno. As placas movem-se em movimento axial aleatório em relação à peça. Isso aumenta o acabamento superficial da peça bem como das placas.

As partículas abrasivas são misturadas com óleo ou graxa no processo. As placas usadas para lapidação da superfície externa de um cilindro são chamadas de placas anelares. São providas de parafuso para ajustar com diferentes diâmetros.

A peça a ser lapidada é segurada em um torno para fornecer movimento rotacional. A placa anelar é então recíproca na peça rotativa. Partículas abrasivas misturadas com certos óleos e graxas podem ser usadas.

Lapidação por Máquina

Quando a operação de lapidação é feita usando maquinário, chama-se lapidação por máquina. Listados abaixo estão vários processos de lapidação por máquina usados para diferentes tipos de peças.

#1. Máquina de Lapidação Vertical

Uma configuração de lapidação vertical consiste de uma placa inferior, uma placa superior e um dispositivo de fixação da peça. A peça é mantida na placa inferior e posicionada em um porta-peça. A placa superior é usada para carregar e descarregar a peça.

Partículas abrasivas misturadas com veículos tipo pasta são aplicadas nas placas antes do início da operação. No caso de lapidação de superfície plana, a placa inferior é mantida estacionária, enquanto no caso de lapidação cilíndrica a placa inferior é permitida mover-se.

Diversos trabalhos são lapidados usando máquinas de lapidação vertical, por exemplo, blocos-padrão de precisão, rolos de rolamento de rolos, esferas de rolamento de esferas.

Outro tipo de configuração de lapidação vertical consiste de um tecido abrasivo fixado à placa inferior. Peças idênticas podem ser lapidadas movendo o porta-peça aleatoriamente. Isso é chamado de transposição.

Nota: A placa inferior deve ser fixa ao usinar superfície plana pois pode tombar.

#2. Máquina de Lapidação Sem Centro

Uma lapidação de rolos sem centro consiste de um rolo regulador, um rolo de lapidação, uma peça e uma vara de fibra com entalhe em V. O rolo regulador é acionado por motor para fornecer movimento rotacional ao conjunto.

Um rolo de lapidação é usado para lapidar a peça da outra direção. O diâmetro do rolo de lapidação é o dobro do diâmetro do rolo regulador. Ambos os rolos são feitos de ferro fundido, devido à sua estabilidade e baixo custo.

Os rolos são ligados com partículas abrasivas. A vara de fibra com entalhe em V é usada para segurar a peça a ser alimentada entre os rolos. A peça é alimentada no rolo a uma taxa muito lenta com movimento recíproco.

A remoção de material ocorre devido à ação das partículas abrasivas da peça. Um acabamento muito fino de 0,05 mícrons pode ser obtido com a ajuda de lapidação sem centro.

A remoção de material é muito lenta no caso de lapidação sem centro.

#3. Máquina de Lapidação Esférica

A máquina de lapidação usada para lapidar objetos esféricos tem construção diferente. Dois fusos são usados no caso de lapidação esférica.

A peça a ser lapidada é acoplada ao primeiro fuso que dá movimento rotacional à peça. O outro fuso é usado para segurar a ferramenta em um certo ângulo em relação à peça.

Pressão também é aplicada na peça pelo fuso da ferramenta. Assim que o movimento rotacional é dado à peça, a remoção de material ocorre devido ao contato entre a ferramenta abrasiva e a peça.

#4. Lapidação por Cinta

Lapidação por cinta usa uma cinta feita de tecidos abrasivos para o processo de lapidação. A cinta é acionada com a ajuda de um motor. Existem duas rodas usadas para acionar a cinta.

A peça é tocada manualmente na cinta sobre a roda. A remoção de material ocorre após o contato da peça e da cinta em movimento.

Este é um método conveniente de lapidação para trabalhos de baixa precisão. Não há requisitos para fixar a peça.

Abrasivos Usados no Processo de Lapidação

• Diferentes tipos de abrasivos são usados para lapidar diferentes durezas de material.
• Abrasivos usados para lapidar materiais duros geralmente são carbeto de silício e alumina fundida.
• Abrasivos usados para lapidar materiais macios são óxido de cromo, alumina não fundida e granada.

Veículos Usados no Processo de Lapidação

Veículos usados para processos de lapidação são geralmente óleos solúveis em água, óleos vegetais, óleos minerais, vaselina ou graxas. Os veículos devem ter as seguintes propriedades:

• As partículas devem ser uniformemente distribuídas quando misturadas com o veículo. Não deve conter grumos.
• A viscosidade dos veículos não deve ser afetada por mudanças de temperatura.
• Um veículo não deve evaporar em altas temperaturas.
• Não deve promover corrosão em superfícies metálicas.
• Deve ser não tóxico.
• Não deve grudar na peça e pode ser facilmente removido por limpeza simples.

Materiais Que Podem Passar pelo Processo de Lapidação

Existem diversos elementos, originalmente compostos, que podem passar por um processo de lapidação. Alguns deles são: Ferro fundido, Cerâmicas, Tungstênio, Plásticos, Compostos de carbono, Aço inoxidável, Bronze, Borracha e Silício.

Parâmetros do Processo de Lapidação

Os seguintes parâmetros são:

• Velocidade de lapidação: A velocidade de lapidação para uma operação ideal deve variar de 1,5 a 4 m/s.
• Pressão de lapidação: A pressão de lapidação depende da dureza do material e das partículas abrasivas usadas. Varia de 10 a 30 kPa para materiais macios e até 70 kPa para materiais duros.
• Margem de lapidação: A margem de lapidação é diretamente proporcional ao tempo de lapidação. Conforme a margem aumenta, o tempo também aumenta. A margem também depende do material sendo lapidado.

Margens típicas de lapidação:

• Ferro fundido - 0,2 mm
• Liga de alumínio - 0,1 mm
• Aço macio - 0,05 a 0,1 mm
• Aço endurecido - 0,005 a 0,02 mm

Vantagens do Processo de Lapidação

Aumenta o acabamento superficial da peça reduzindo picos e vales na superfície do material. Também proporciona toque estético à peça.

Processo de lapidação também aumenta a vida das partes acasaladas reduzindo o atrito entre as partes.

Aumenta a geometria e as dimensões da peça. Também garante encaixe perfeito entre as peças.

Nenhuma tensão térmica é desenvolvida dentro da superfície da peça devido ao calor mínimo envolvido no processo.

O processo pode ser realizado por mão de obra não especializada também. Isso se deve à simplicidade envolvida e ausência de controles computadorizados.

Aumenta o paralelismo entre duas partes mantidas paralelas para várias operações de união.

Desvantagens do Processo de Lapidação

Lapidação é um processo caro pois a perda de abrasivos é maior. Isso resulta em maior uso de partículas abrasivas para operações de polimento, o que por sua vez aumenta o custo de produção.

Outra desvantagem do processo de lapidação é que o processo é muito lento. A taxa de remoção de metal no caso de lapidação é muito baixa. Isso torna o processamento demorado, resultando em taxa de produção reduzida.

Gerenciamento de resíduos torna-se problema no caso de processo de lapidação. Grande quantidade de resíduo abrasivo é produzida. Isso dificulta a disposição do resíduo.

Alguns compostos abrasivos podem ficar embutidos na superfície da peça, resultando em danos posteriores.

O processo não é geralmente automatizado; isso resulta em aumento de mão de obra intensiva e aumento do custo de produção.

Aplicações do Processo de Lapidação

O processo de lapidação é usado para polir metais duros e quebradiços que são difíceis de polir usando outros métodos.

Também é usado para usinar materiais como vidro devido às suas baixas taxas de remoção de material.

O processo de lapidação é amplamente usado para fazer espécimes para testes metalúrgicos.

O processo de lapidação é usado para fabricação de válvulas devido à sua característica de remoção de material uniforme e precisa.

Indústrias automotivas também usam processos de lapidação para várias operações de polimento.