El granallado bombardea las superficies con un chorro controlado de pequeñas esferas de acero para limpiar, desprender recubrimientos, aumentar la resistencia a la fatiga y modificar las propiedades de la superficie. Pero ¿cómo es que el granallado con un chorro de aire a presión de diminutas esferas metálicas produce cambios físicos tan drásticos?
El proceso se basa en tres componentes principales: medio abrasivo, sistema de aceleración y contención, organizados para realizar tareas como la eliminación de óxido, el acabado de soldaduras, el decapado de pintura, la rugosidad del sustrato y el granallado del metal. Analicemos las etapas y la física de este versátil proceso industrial y conozcamos más sobre el trabajo con granalladoras.
Fundamentos del granallado
Si bien los equipos para granallado vienen en muchas configuraciones, el proceso básico consta de varios pasos integrados:
Carga de componentes
Las piezas se fijan en un recinto, como una granalladora de mesa, una cesta giratoria o una cinta transportadora. Esto contiene de forma segura el caos del granallado.
Aceleración de los medios
Un sistema de soplado de aire a presión, un impulsor de alta velocidad o una carga electromagnética aceleran el acero a velocidades superiores a 100 km/h. Esto almacena energía cinética.
Impacto controlado
El flujo del medio se concentra mediante boquillas sobre la superficie preparada. Las partículas impactan violentamente contra el sustrato, liberando energía al impactar.
Deformación plastica
La acción de granallado resultante deforma plásticamente la superficie mediante compresión. Esto altera la rugosidad, la textura, la resistencia a la fatiga, las tensiones, etc.
Contención de medios y polvo
Los medios y residuos usados se capturan, filtran y separan para su recuperación y eliminación del polvo. Esto permite un reciclaje eficiente.
Ahora profundicemos en estos pasos fundamentales del granallado y la física subyacente que impulsa las dramáticas transformaciones de la superficie.
Las propiedades de los medios importan
No todos los abrasivos para granallado son iguales. Las propiedades de los abrasivos influyen considerablemente en el rendimiento y los efectos superficiales. El granallado utiliza partículas metálicas esféricas de diámetros que van desde microfinos hasta grandes.
- El acero al carbono es común por su versatilidad y costo.
- El acero inoxidable añade resistencia a la corrosión.
- Hierro fundido para tareas de remoción pesadas
- Cerámicas/aleaciones para sustratos delicados
El medio debe ser lo suficientemente duro como para soportar impactos repetidos, pero a la vez lo suficientemente dúctil como para deformarse en lugar de romperse al contacto. La dureza oscila entre Rockwell C45 y 65 para la granalla de acero. A medida que aumenta la dureza, mejora la integridad de la granalla, pero también aumenta el riesgo de dañar el sustrato.
El tamaño del perdigón afecta directamente la intensidad del chorro. Los medios más pequeños son más tolerantes, mientras que los diámetros mayores resultan bastante agresivos. Los tamaños típicos abarcan:
- Microgranalla de 010 a 045 pulgadas para acabado
- Granalla estándar de 045 a 075 pulgadas para limpieza/decapado
- Plus perdigones de 075 a 125 pulgadas para eliminación de material pesado
Las partículas deben permanecer esféricas tras las colisiones, a diferencia de los afilados granos de arena que se incrustan en las superficies. Un tamaño y una forma consistentes garantizan patrones de explosión predecibles y la reciclabilidad.
Con parámetros ajustados al sustrato, el medio ideal transfiere energía eficientemente a la superficie sin dañarla. A continuación, veamos cómo acelerar este medio a velocidades útiles.
Acelerando los medios
Si bien las fórmulas convierten el aire de entrada en velocidad del material, la velocidad del disparo es el factor crucial que determina la intensidad del impacto. La aceleración se basa en aire presurizado, ruedas centrífugas o sistemas electromagnéticos para impulsar el material:
- Chorro de aire: Las pistolas de aire presurizado impulsan el material a través de boquillas que alcanzan presiones de 25 a 150 psi. Fáciles de operar y mantener.
- Granallado por rueda: Las ruedas de paletas o álabes giratorios proyectan el material radialmente mediante fuerzas centrífugas de hasta 175 km/h. Permite un patrón de granallado disperso.
- Explosión magnética: las bobinas electromagnéticas cargan eléctricamente los medios para acelerar el campo magnético, lo que permite un control preciso de la velocidad y el flujo.
El diseño de la boquilla también optimiza el chorro. Las boquillas Venturi canalizan el material alcanzando velocidades supersónicas. Los cabezales giratorios barren el material en patrones circulares para una mayor cobertura de la superficie. Cada enfoque cumple una función en función de factores como las características del material, la geometría del componente y la velocidad/patrón deseados.
Ajustar la velocidad y los patrones de chorro permite controlar la intensidad del impacto sobre la superficie de trabajo. Pero se necesita algo más que una pulverización aleatoria para obtener efectos beneficiosos.
Dirigiendo la explosión
Además de la aceleración, los medios deben impactar las superficies en un ángulo óptimo. Las cámaras de los medios capturan la voladura en Norfolk en curso.
El impacto directo de 90 grados proporciona la máxima transferencia de energía cinética. Los ángulos de refilado redirigen gran parte de la fuerza, minimizando los efectos. La distancia de pulverización reduce aún más la intensidad a medida que disminuye la velocidad.
Los tipos de boquilla, el tamaño, los patrones de pulverización, la velocidad transversal y la posición ajustan con precisión el ángulo de impacto y la cobertura de la superficie. El contacto de chorro controlado y uniforme garantiza un tratamiento exhaustivo.
Con los parámetros ajustados, el flujo de medios canaliza la energía cinética bruta hacia la superficie preparada. Pero ¿por qué esta fuerza invisible produce cambios superficiales tan visibles?
Aprovechamiento de la energía cinética mediante la deformación plástica
La energía cinética depende de la masa y el cuadrado de la velocidad. Los medios más rápidos y pesados contienen exponencialmente más energía para aplicarla contra la pieza de trabajo. Al impactar, esta energía se transfiere a la superficie mediante deformación plástica.
El sustrato de acero flexible se comprime bajo las cargas momentáneas soportadas. Sin embargo, la recuperación elástica tras la desviación del disparo deja tensiones de compresión residuales: una capa de endurecimiento por acritud.
Esta deformación plástica controlada modifica las propiedades de la superficie, evitando daños. Las intensidades más bajas inducen una compresión beneficiosa. Una voladura más agresiva produce abolladuras localizadas y, posteriormente, desgarros o incrustaciones superficiales.
El ajuste de los parámetros de granallado produce el nivel deseado de plasticidad: lo suficiente para deformar las asperezas de la superficie para limpiar, granallar, alisar, etc. sin comprometer el material a granel.
Ahora que entendemos las propiedades de los medios, los sistemas de aceleración, los ángulos de impacto y los efectos de deformación, examinemos las configuraciones de equipos más populares.
Sistemas comunes de granallado
Si bien la física sigue siendo la misma, los equipos y entornos para el granallado pueden variar considerablemente. Estos son algunos de los tipos de máquinas más comunes:
Granalladoras de mesa
Las piezas se asientan fijas sobre una plataforma giratoria interna. Las boquillas de chorro orbitan los componentes o las boquillas manuales tratan las áreas de forma selectiva. El compartimento contiene polvo y medios. Simple, flexible y manual.
Equipo de volteo
Una cesta de tambor giratoria hace girar las piezas, exponiendo todos sus lados a los chorros de arena. Ideal para componentes pequeños que requieren una cobertura de 360 grados. Proceso totalmente automatizado.
Granalladoras de cinta transportadora
Los transportadores continuos transportan componentes grandes, como carrocerías, a través de zonas de granallado estacionarias para una alta producción. Los transportadores motorizados automatizan el proceso.
Blasters portátiles
Las unidades móviles autónomas permiten la limpieza con chorro de arena en obras de campo, especialmente en estructuras y equipos. Permiten la limpieza con chorro de arena donde los sistemas fijos no son viables.
Máquinas de granallado de gabinete
Los gabinetes de caja de guantes con aberturas para los brazos permiten el chorreado manual de componentes complejos. Aíslan completamente al operador y contienen el material/polvo. Se utilizan frecuentemente con materiales más finos.
Los sistemas automatizados promueven la consistencia y una alta tasa de producción. Sin embargo, el granallado manual proporciona selectividad y precisión para aplicaciones de precisión.
Innovaciones en granallado
Si bien la ciencia básica permanece inalterada, las nuevas máquinas mejoran el rendimiento y la seguridad a través de características como:
- Los manipuladores y robots multieje programables cubren geometrías complejas
- Sistemas de monitoreo para marcar la intensidad y detectar fallas
- Sensores inteligentes de nivel y uso de medios
- Gabinetes ergonómicos revestidos de goma para amortiguar el ruido.
- Colectores de polvo integrados que utilizan filtración de cartuchos
- Controles PLC con pantallas táctiles HMI para una fácil programación
- Sistemas portátiles de soplado con ruedas y aire para uso en campo
Cuando se integran con controles de proceso programables y el tipo y tamaño de medio ideal para la aplicación, las granalladoras actuales brindan una consistencia y seguridad incomparables.
Conclusión
Si bien el granallado es un proceso industrial antiguo, la optimización mediante propiedades precisas de los medios, aceleración e impacto controlados y manipulación automatizada lo hacen más productivo y eficaz que nunca.
Ya sea que el objetivo final sea eliminar la cascarilla de laminación, igualar soldaduras, remover revestimientos, limpiar la corrosión o prolongar la vida útil por fatiga, los sistemas de granallado actuales brindan una intensidad repetible y ajustable adaptada a cada aplicación.
