Ejercicios y Problemas - Tornos

Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila

TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Y TECNOLOGÍA DE MÁQUINAS INGENIERÍA INDUSTRIAL TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN INGENIERÍA DE ORGANIZACIÓN INDUSTRIAL INGENIERÍA DE MATERIALES

PROBLEMAS DE MECANIZADO

Curso 2012-2013

i

Índice Capítulo I: Torneado PROBLEMA 1 .......................................................................................................................................... 3  PROBLEMA 2 .......................................................................................................................................... 4  PROBLEMA 3 .......................................................................................................................................... 5  PROBLEMA 4 .......................................................................................................................................... 6  PROBLEMA 5 .......................................................................................................................................... 8  PROBLEMA 6 .......................................................................................................................................... 9  PROBLEMA 7 ........................................................................................................................................ 11  PROBLEMA 8 ........................................................................................................................................ 12

Capítulo II: Fresado PROBLEMA 1 ........................................................................................................................................ 15  PROBLEMA 2 ........................................................................................................................................ 16  PROBLEMA 3 ........................................................................................................................................ 18  PROBLEMA 4 ........................................................................................................................................ 20  PROBLEMA 5 ........................................................................................................................................ 22  PROBLEMA 6 ........................................................................................................................................ 24  PROBLEMA 7 ........................................................................................................................................ 27  PROBLEMA 8 ........................................................................................................................................ 29

Capítulo III: Taladrado PROBLEMA 1 ........................................................................................................................................ 33  PROBLEMA 2 ........................................................................................................................................ 34  PROBLEMA 3 ........................................................................................................................................ 35  PROBLEMA 4 ........................................................................................................................................ 36  PROBLEMA 5 ........................................................................................................................................ 39  PROBLEMA 6 ........................................................................................................................................ 40  PROBLEMA 7 ........................................................................................................................................ 41

Capítulo VI: Combinados PROBLEMA 1 ........................................................................................................................................ 45  PROBLEMA 2 ........................................................................................................................................ 47  PROBLEMA 3 ........................................................................................................................................ 49  PROBLEMA 4 ........................................................................................................................................ 51  PROBLEMA 5 ........................................................................................................................................ 53  PROBLEMA 6 ........................................................................................................................................ 55  PROBLEMA 7 ........................................................................................................................................ 57 

Problemas de Mecanizado

1

CAPÍTULO I TORNEADO

2

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Problemas de Mecanizado

3

PROBLEMA 1 En una operación de cilindrado se tienen los siguientes datos: -

Energía específica de corte del material de la pieza, 1500 N/mm2.

-

Diámetro de la pieza, 100 mm.

-

Profundidad de pasada, 3 mm.

-

Velocidad de corte recomendada, 80 m/min.

-

Radio de punta de la herramienta, 0,4 mm.

Se pide: 1. Calcular el avance máximo de modo que se cumplan las siguientes restricciones: -

La fuerza de corte máxima, por riesgo de rotura frágil, es de 1500 N.

-

La potencia nominal del torno es de 5 kW y su rendimiento, del 75 %.

-

La rugosidad media será como máximo de 20 m.

2. Con el avance calculado, determinar: -

El tiempo de mecanizado y el caudal de viruta suponiendo que la longitud a cilindrar es de 100 mm y que la distancia de aproximación de la herramienta será de 5 mm.

4

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 2 Para ciertas operaciones de refrentado en torno, realizadas a velocidad de corte constante, se dispone de los siguientes datos y restricciones: -

Gama continua de velocidades del cabezal, de 0 a 3000 rpm.

-

Herramienta: Plaquitas rómbicas de lado 24 mm y de radio de punta de 0,8 mm.

-

Portaplaquitas con ángulo de posición del filo principal de 105°.

-

Distancia de aproximación de la herramienta: 3 mm (el refrentado se llevará a cabo desde la periferia hacia el centro).

-

Fuerza de corte máxima por riesgo de vibraciones: 15000 N.

-

Espesor de corte máximo: 80% del radio de punta de la herramienta.

-

Anchura de corte máxima: 60% de la longitud del filo.

-

Energía específica de corte del material a mecanizar: 2000 N/mm2.

-

Velocidad de corte recomendada: 90 m/min.

Se pide: 1. Calcular los valores máximos de la profundidad de pasada y del avance. 2. Si se desea realizar un refrentado completo de una pieza de 300 mm de diámetro, con una profundidad de pasada de 10 mm, ¿cuál sería el mínimo tiempo de mecanizado?.

Problemas de Mecanizado

5

PROBLEMA 3 Se desea cilindrar una serie de piezas desde un diámetro inicial 50mm hasta un diámetro final 20mm, según la Figura 1. La operación se llevará a cabo en un torno con gama continua de velocidades de rotación, potencia nominal de 9kW y un rendimiento η=0,85. 30º Diámetro final 20mm

Diámetro inicial 50mm

100mm

Lp = 300mm

Figura 1 La energía específica de corte del material de pieza viene dada por la expresión.

p s  1568  ac

0 , 39

con ac en mm y ps en N/mm2. Se pide: 1. Representar esquemáticamente el modo de amarre de la pieza en el torno, de manera que se asegure la máxima rigidez a flexión de la pieza durante el mecanizado. Identificar sobre el esquema los elementos que se utilizan para el amarre. 2. La operación de cilindrado se lleva a cabo en 3 pasadas de igual profundidad, manteniendo en todas ellas el mismo avance y una velocidad de corte de 205m/min. La herramienta puede trabajar en un rango de avances entre 0,05 y 0,2mm/rev. Teniendo en cuenta las características de la máquina y del material de pieza, calcular el avance que hace mínimo el tiempo de mecanizado. 3. De acuerdo con la información facilitada por el fabricante de la herramienta, se sabe que cuando se utiliza una velocidad de corte de 180m/min la vida esperada de la herramienta es de 30min, mientras que a 225m/min la vida es de 10min. ¿Cuál será la vida esperada de la herramienta bajo las condiciones de corte del apartado 2? Razona la respuesta. 4. Utilizando una velocidad de corte de 180m/min, a la que corresponde una vida esperada de herramienta de 30minutos, y manteniendo el resto de parámetros de operación en los valores utilizados en el apartado 2, ¿Cuántas piezas podrían realizarse antes del cambio de herramienta? Razona la respuesta. 5. Tras la última pasada, la rugosidad resultante en la superficie de la pieza es Ra=5m. ¿Sobre qué variables se podría actuar y en qué sentido (aumentar o disminuir)) si nuestro cliente exigiese reducir dicha rugosidad? Razona la respuesta.

6

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 4 Se desea realizar una operación de cilindrado exterior en un redondo de acero templado, cuya energía específica de corte es de 2.550 N/mm2. Para realizar la operación se ha seleccionado el porta-plaquitas junto con la plaquita que se muestra en la figura 1. En la tabla 1 se muestran las velocidades de corte a utilizar para la plaquita dada en función de la profundidad de pasada de la operación y el avance. El diámetro de partida del redondo es de 210mm y el resultado de la operación debe disminuir este diámetro hasta 190mm. Se tomará como valor de la distancia de aproximación 5mm. Se dispone en el taller de dos tipos de tornos, ambos con un rendimiento del 85%: Velocidad Máxima (rpm)

Potencia Máxima (kW)

Torno TIPO A

2500

12

Torno TIPO B

1600

23

Se pide: 1. Con los datos dados, calcular el tiempo de la operación de mecanizado que se obtendría realizando el mínimo número de pasadas y minimizando el tiempo por pasada. 2. Seleccionar, razonando la respuesta, el tipo de torno en el que se realizaría la operación. 3. Obtener el anchura de viruta y el espesor de viruta utilizados para la operación definida. =5 mm

Lm=350 mm

Dinicial=210 mm

Datos del porta-plaquitas r=75º Anchura de viruta máxima=12mm l=16mm r=1,2mm Figura 1 f (mm/rev) ap (mm)

0.2

0.4

1,00 1,80 2,60 3,40 4,20 5,00

373 339 309 281 255 230

264 240 218 198 180 162

Tabla 1: Velocidades de corte en m/min

Velocidades de corte en m/min

Problemas de Mecanizado

7

4. En la figura 2 se presenta la proyección sobre el plano de referencia Pr de una operación de cilindrado exterior. Representar la sección A-A y localizar sobre ésta el desgaste de flanco. Indicar el parámetro que se utiliza para medirlo y dibujar también la evolución a lo largo del tiempo de este desgaste.

A A

Figura 2 5. En caso de que se desee aumentar la vida de la herramienta indicar, razonando la respuesta, que acción se debería tomar.

8

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 5 Se desea mecanizar una tirada de 250.000 ejes como el que se muestra en la Figura1. Se parte de barra de diámetro inicial 25mm, que se desea cilindrar hasta un diámetro final de 15mm. Las condiciones de corte óptimas para la herramienta elegida para la operación vienen dadas por la siguiente tabla, en la que aparece la velocidad de corte en m/min para cada combinación posible de avance y profundidad de pasada. f (mm/rev) ap (mm)

0.15

0.35

1.00 2.60 3.40 4.20 5.00

373 309 281 255 240

264 218 198 180 170

La ecuación de Taylor para la herramienta elegida viene dada por la siguiente expresión:

Vc T 0, 2  330 Debido al elevado número de piezas que hay que realizar, deberán elegirse las condiciones de corte que aseguran un tiempo mínimo de mecanizado. Se pide: 1. Calcular el radio de punta que debe tener la herramienta para obtener una rugosidad teórica Ra=3,5μm. 2. Representar la geometría de la herramienta con la que se llevará a cabo la operación, acotando el ángulo de posición del filo principal y el radio de punta de la misma. 3. Calcular el tiempo de mecanizado por pieza. 4. Calcular cada cuántas piezas deberá cambiarse la herramienta. 5. Explicar detalladamente qué cálculos habría que realizar y qué datos no presentes en el enunciado serían necesarios para determinar la potencia del torno en el que podrá realizarse la operación. 60º

Diámetro final 15mm

Diámetro inicial 25mm 100mm

Lp = 50mm

Figura 1

Problemas de Mecanizado

9

PROBLEMA 6 Se desea refrentar hasta el centro un redondo de 200 mm de diámetro (ver Figura 1) para quitarle la cascarilla procedente de la laminación. Para ello, se empleará un torno CNC con gama continua de velocidades de husillo principal (el del cabezal) comprendida entre 0 y 2000rpm y con gama continua de velocidades de carros X, Z, comprendidas entre 0 y 10 m/min. La potencia máxima del torno es de 50kW, siendo su rendimiento del 80%. Se recomienda trabajar con velocidad de corte constante de 125 m/min (recomendaciones del fabricante de la herramienta). El material de pieza es acero y tiene una energía específica de corte de 2200 N/mm2. La rugosidad Ra de la pieza debe ser como máximo de 7 μm. La distancia de aproximación es de 2mm. La herramienta debe ser seleccionada entre las que se muestran en la Figura 2 y se debe considerar un aprovechamiento máximo. 400

 200

390

Figura 1. Geometría de pieza a refrentar. Se pide: 1) Seleccionar, de forma razonada, la herramienta a emplear entre las opciones dadas para una máxima productividad. 2) Calcular el tiempo de refrentado, sabiendo que éste debe ser el mínimo que permitan las restricciones. 3) Dibujar las gráficas de N, VX, VC, PC en función del diámetro de la pieza para el torno CNC.

10

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Doble cara

Doble cara

r=0,8 mm

r=1,6 mm

Doble cara r=1,6 mm

r=1,6 mm

Figura 2.Relación de herramientas disponibles para la operación de cilindrado.

Problemas de Mecanizado

11

PROBLEMA 7 En un torno se realizarán operaciones de cilindrado y refrentado con una misma herramienta. La herramienta y su plaquita se muestran en la figura siguiente. La herramienta está amarrada en la torreta portaherramientas con su mango paralelo al eje X del torno. 95º 70º

r 0,8 16

Las características y restricciones que deben tenerse en cuenta a la hora de definir las operaciones son las siguientes: - El torno tiene una potencia nominal de 125 Kw y un rendimiento del 80%. - La energía específica de corte del material de la pieza es de 2100 N/mm2. - En todas las operaciones la profundidad de pasada será la máxima que admita la herramienta. - Para una buena formación y flujo de la viruta, se recomienda que el espesor de la viruta sea igual o inferior a 2/3 del radio de punta y que la longitud máxima de filo comprometida en el corte (que en este caso coincide con el ancho de viruta) sea igual o inferior, también, a 2/3 de la longitud de la arista de corte. - Por las características de los materiales de pieza y herramienta, la velocidad de corte estará limitada entre 370 y 530 m/min. - Las operaciones a realizar son de gran desbaste, sin embargo, la rugosidad media teórica está limitada a un máximo de 13 m, por motivos especiales. - Finalmente, por razones de productividad la vida de la herramienta debe ser cercana a 15 min. Las constantes de la ecuación de Taylor para el caso presente son n=0,23 y K=900. Se pide: 1) Representar, en dos dimensiones y sobre el plano del movimiento de avance (o plano de referencia), ambas operaciones, en un instante intermedio de su ejecución. Para las dos operaciones, representar el vector velocidad de avance y acotar el ángulo de posición del filo principal, con su valor concreto. 2) Calcular el avance máximo posible en cada una de las operaciones. Nota: Recordar que la rugosidad media teórica es Ra=(1/32)(f2/r).

12

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 8 Se debe realizar un refrentado completo, en torno, de una pieza cuyo extremo a refrentar es cilíndrico y macizo, de 60 mm de diámetro. La profundidad de pasada será de 5 mm y el ángulo de posición del filo principal de la herramienta, de 45º. El radio de punta de la herramienta es de 0,4 mm. La rugosidad media de la superficie resultante debe ser inferior o igual a 2 µm. El espesor de viruta no debe superar el 85% del radio de punta. La fuerza de corte será igual o inferior a 1000 N. La energía específica de corte del material de la pieza se estima en 1500 N/mm2. Para un buen comportamiento de la herramienta, la velocidad de corte puede oscilar entre 150 y 250 m/min. El torno es de control numérico, con gama continua de velocidades. Su potencia nominal es de 15 Kw y el rendimiento, del 75%. La velocidad máxima de cabezal es de 6000 rpm. Las constantes de la ecuación de Taylor para la vida de la herramienta, en las condiciones de esta operación, se estiman en: exponente, n = 0,125; velocidad de corte para vida de 1 min, 400 m/min. Para esta operación, se programa una distancia de aproximación de la herramienta de 1 mm. Por razones de productividad, interesa minimizar el tiempo de mecanizado. Se pide: 1. Representar, con un dibujo conveniente en dos dimensiones, un instante intermedio de la operación, acotando las magnitudes anteriores. 2. ¿Cada cuántas piezas debe reemplazarse la herramienta?

Problemas de Mecanizado

13

CAPÍTULO II FRESADO

14

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Problemas de Mecanizado

15

PROBLEMA 1 Calcular el tiempo de mecanizado mínimo para realizar la operación de la Figura 1. Las superficies de la ranura deben quedar con un acabado superficial uniforme en toda su longitud. Tomar como distancias de aproximación y de salida el valor de 2 mm. Datos de la operación: -

Velocidad de corte: 94 m/min.

-

Espesor de viruta máximo: 0,2 mm.

-

Diámetro de la fresa: 50 mm.

-

Número de dientes: 10.

200

Figura 2.1

5 Figura 1

16

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 2 En una pieza de acero de alta aleación, de dureza Brinell 200, se desea mecanizar la ranura de la figura 1, mediante una operación y herramienta análogas a las mostradas en la figura 2. La energía específica de corte del material de la pieza (ps) para operaciones de fresado, viene dada, en N/mm2, en función del ángulo de desprendimiento axial (a), en grados, y del espesor de viruta (ac), en mm, por la ecuación siguiente:

ps  2300  (0,9  0,015   a )  ac 0,27 Para los cálculos suponer un valor para la distancia de aproximación y alejamiento de 2 mm. Se pide: 1. Nombrar el tipo de herramienta a utilizar y seleccionar, de la tabla incluida en la figura 2, el diámetro conveniente de la misma. 2. Nombrar los ángulos que aparecen en la figura 2. 3. En la figura 3, seleccionar, justificando la respuesta, las condiciones de corte que permitan acabar la operación en el menor tiempo posible. Calcular este tiempo mínimo. 4. Calcular los valores máximo y mínimo del espesor de viruta para esta operación. 5. Calcular los valores de la fuerza de corte para tres posiciones angulares diferentes del diente en corte, indicando cada posición angular elegida. 6. En el caso de que se presentara desgaste de cráter, ¿en qué zona de la herramienta se produciría? ¿Qué variable es la más común para medir este tipo de desgaste? ¿Cuál es el mecanismo de desgaste más relacionado con la formación de cráter? 50 10 10

Figura 1

Problemas de Mecanizado

17

Figura 2 12º

Figura 3

18

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 3 Las figuras siguientes muestran una operación de mecanizado, junto con alguno de sus parámetros, expresados en las unidades habituales. El material de la pieza es fundición gris, de dureza Brinell, 180. Su energía específica (o fuerza específica) de corte, para el cálculo de la potencia de corte, ps*, en las condiciones de trabajo de esta operación, obedece a la expresión empírica indicada más abajo. En esta expresión, los valores kc y mc se obtienen de una de las tablas incluidas al dorso, y deben sustituirse directamente en la citada expresión, obteniéndose la energía esPor otra parte, pecífica en N/mm2. representa el espesor de viruta medio, en mm; el cual puede obtenerse de la expresión adjunta, en la que  representa el arco de contacto, en radianes.

ps  kc   ac  *

 mc

5 80

ac

2  f z  ae  sen  r ac  D

5 40

40

D  1, 2  1, 5  ae

sobre el diáme-

La fresadora tiene una potencia nominal de 34 kW y un rendimiento del 85% en el conjunto de sus tranmisiones al eje principal.

tro de la hta, D.

Deben respetarse las restricciones impuestas por la máquina y por la herramienta, y seguir las recomendaciones del fabricante de ésta, que aparecen en las figuras y tablas siguientes. Se pide, buscando un mecanizado en el menor tiempo posible: 1. Elegir la herramienta a utilizar: diámetro, etc. 2. Elegir la geometría de la plaquita (rompevirutas) y su material (calidad), según los códigos mostrados en las tablas. 3. Definir el avance por diente a emplear y la velocidad de corte

- Recomendación

ae

Problemas de Mecanizado

19

20

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 4 En la figura 1 aparece un eje sobre el que se quiere realizar una última operación de mecanizado. Esta operación corresponde al mecanizado de un chavetero (ranura) de 25mm de longitud para chaveta paralela en una zona del eje con diámetro 36mm. Las características geométricas del chavetero (b y t1) se pueden obtener de la tabla 3. La herramienta a emplear junto con algunos parámetros de corte recomendables aparecen en las tablas 1 y 2 respectivamente. El material a mecanizar es un acero inoxidable de dureza Brinell 200 y con una energía específica de 2000 N/mm2. A efectos de cálculo, tomar como distancias de aproximación y de salida el valor de 2 mm. Se pide: 1. Indicar la herramienta a utilizar especificando tipo de herramienta, material, calidad y diámetro. 2. Seleccionar, justificando la respuesta, las condiciones de corte que permitan acabar la operación en el menor tiempo posible. Calcular este tiempo mínimo. 3. Calcular los valores máximo y mínimo del espesor de viruta para esta operación. 4. Calcular el valor de la fuerza en la posición correspondiente al espesor de viruta máximo. 5. Indicar, justificando la respuesta, la máquina que se emplearía para mecanizar una serie media de este tipo de piezas.

Figura 1. Eje mecanizado a falta de la última operación.

12º Tabla 1

Problemas de Mecanizado

21

P

M

K

Tabla 2

DIMENSIONES CHAVETEROS Y CHAVETAS S/DIN 6885/1 - 6886 y 6887 STANDARD KEYWAYS S/DIN 6885/1 - 6886 and 6887

Chaveta paralela. S/DIN-6885-1

Chaveta de cuña. S/DIN-6886

Medidas del chavetero en el cubo Medidas del chavetero en el eje para chavetas Chaveta paralela Chaveta de cuña paralelas y de cuña S/DIN 6885/1 S/DIN 6886 y 6887 Tol. Tol. Tol. d + t2 admisible d + t2 admisible t1 admisible (en (en (en m/m m/m m/m altura)m/m altura)m/m altura)m/m

Ø eje d mm desdehasta

Medidas chaveta bxh mm

17-22

6x6

d+2,6

22-30

8x7

d+3,0

30-38

10x8

d+3,4

d+2,8

4,7

38-44

12x8

d+3,2

d+2,6

4,9

44-50

14x9

d+3,6

d+2,9

5,5

50-58

16x10

d+3,9

58-65

18x11

d+4,3

d+3,5

6,8

65-75

20x12

d+4,7

d+3,9

7,4

+0,1

+0,2

d+2,1 d+2,4

d+3,2

+0,1

+0,2

Tabla 3

3,5 4,1

6,2

Medidas de los ejes en el cubo de la rueda Ø m/m desdehasta

Tol. H-7 m/m

10-18

+0,018 0

30-50

+0,025 0

50-80

+0,030 0

80-120

+0,035 0

+0,2

22

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 5 Se dispone de un tocho de acero inoxidable austenítico de dimensiones 200x60x100 (unidades en mm). La energía específica de corte de este material viene dada por la expresión:

p s  1950  a c 

0 , 23

( N / mm 2 )

siendo ac el espesor de viruta en mm. Sobre dicho tocho se necesitan realizar las siguientes operaciones (véase figura 1): - Un planeado, para reducir la altura del tocho de 100 a 95mm. - Un mecanizado en escuadra, con las dimensiones indicadas en la figura. Para llevar a cabo dichas operaciones se dispone de las herramientas mostradas en la tabla 1. Todas son de metal duro. Las calidades de metal duro disponibles son las mostradas en la tabla 2, donde se dan como dato las velocidades de corte recomendadas en función de los espesores máximos de viruta. Se recomienda que la profundidad de pasada radial para todas las herramientas no supere el 65% del diámetro de la misma. Además, la fuerza de corte máxima por diente no deberá superar los 3200N.

4,5 20 100

95

60

200 Figura 1 Se pide: 1. Seleccionar la herramienta a utilizar en cada operación (nombre, diámetro, nº de dientes) teniendo en cuenta que hay que hacer las operaciones en el menor tiempo posible y con el menor número de pasadas. 2. Calcular los parámetros de mecanizado (fz y Vc) que hacen que cada una de las operaciones se realice en el menor tiempo posible, indicando la calidad de la plaquita en cada caso. 3. Calcular la potencia requerida para realizar la operación de planeado. Utilizar para su cálculo la expresión de la potencia dada a continuación:

Problemas de Mecanizado

23

Pc  p s*  a p  a e  V f

p

*

s

 2000  a c 

 0 , 21

 2  f z  a e  sink r   2000    D  

0 , 21

( N / mm 2 )

siendo: -

 el ángulo de contacto (rad) D, diámetro de la herramienta (mm) fz, avance por filo (mm) ae, profundidad de pasada radial (mm) r, ángulo de posición del filo principal (º)

Herramientas

D (mm)

z

ap max(mm)

Nmax(rpm)

50

4

6

1625

63

5

6

1440

80

6

6

1270

100

7

6

1130

50

4

15,4

7900

20

4

5

9200

Tabla 1

Calidad 1

Calidad 2

a cmax(mm)

0,05

0,15

0,25

0,1

0,2

0,3

Vc (m/min)

235

190

150

200

160

130

Tabla 2

24

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 6 Una cola de milano es una guía prismática hembra cuya sección transversal es un triángulo truncado. Este tipo de geometría se puede obtener mediante varios procesos de fabricación. En este caso, y aunque no sea la solución óptima, se va a mecanizar este perfil íntegramente, para lo que se empleará una fresadora vertical. El fresado de las guías en cola de milano se lleva a cabo sobre un tocho de acero cuya energía específica de corte del material se supone constante e igual a 800 N/mm2. Las dimensiones del tocho de partida son 50x50x100 (cotas en mm) y se mecanizará en dos partes: 1º Fresado preliminar de las guías con una fresa cilíndrica frontal (ranurado) 2º Fresado de la cola de milano. Se considera que las distancias de aproximación y de salida son de 3mm.

6

60º

50

15

16

50 b)

a)

Figura 1.a) 1er fresado (ranurado), b) 2º Fresado (cola de milano). Se pide: 1. Elegir las herramientas que emplearías para el 1er fresado (ranurado) (Tabla 1) y el 2º fresado (cola de milano) (Tabla 2 y Tabla 3) teniendo en cuenta que ambas serían sin recubrimiento. Indica en cada caso: 

Referencia



Material de herramienta



Ángulo de posición del filo principal



Diámetro D



Número de dientes

2. Seleccionar las condiciones de corte que den un tiempo de mecanizado mínimo (en el 2º fresado se considerará Vc en el diámetro máximo de la herramienta). Calcular el tiempo de mecanizado mínimo. 3. Calcular el espesor de viruta máximo en el 1er fresado (ranurado). 4. Calcular la fuerza máxima en el 1er fresado (ranurado).

Problemas de Mecanizado

25

z=2 ap = 0,4  1 x D ae = 1 x D

Vc m/min

Dmin = 6mm Dmax = 40mm

AVAN C ES

HS S 20-28

fz (mm/diente)

D6

D8

D 10

D 12

D 15

D 20

D 25

D 32

D 40

0,030

0,035

0,050

0,060

0,100

0,100

0,100

0,100

0,100

z=4 ap = 1,5 x D ae = 0,3 x D

Dmin = 6mm Dmax = 40mm

Tabla 1. Herramientas y condiciones de corte recomendadas para el 1er fresado. Vc m/min AVAN C ES fz (mm/diente) HSS 20-26

D6

D8

D 10

D 12

D 15

D 20

D 25

D 32

D 40

0,030

0,035

0,050

0,060

0,100

0,100

0,100

0,100

0,100

Tabla 1. Herramientas y condiciones de corte recomendadas para el 1er fresado.

D 16 20 25 32 16 20 25 32

Angº 45 45 45 45 60 60 60 60

d 12 12 12 16 12 12 12 16

l 4 5 6,30 8 6,30 8 10 12,50

z 8 8 10 12 8 8 10 12

D 16 20 25 32 16 20 25 32

Angº 45 45 45 45 60 60 60 60

d 12 12 12 16 12 12 12 16

l 4 5 6,30 8 6,30 8 10 12,50

z 8 8 10 12 8 8 10 12

Tabla 2. Herramientas disponibles para el 2º fresado.

26

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

AVANCE

fz (mm/diente)

8%

Tabla 3. Condiciones de corte recomendadas para el 2º fresado.

Problemas de Mecanizado

27

PROBLEMA 7 Se desea mecanizar una pieza de fundición gris cuyas dimensiones son 400x180x100 mm (longitud x anchura x altura).La energía específica de corte del material es ps=1225·ac-0.25 (N/mm2). La geometría de la pieza final se muestra en la Figura 1. 9 20

97

400

180

Figura 1: Plano de la pieza que se desea mecanizar Se desea realizar el mecanizado completo en una sola máquina, con el número mínimo de pasadas y en el menor tiempo posible. Para el mecanizado de la pieza se dispone de las herramientas mostradas en el reverso de la hoja. Se presentan también 3 calidades diferentes de plaquitas, todas ellas para usar con avances por filo mínimos de 0,06mm y máximos de 0,16mm (para valores intermedios realizar la interpolación). La máquina en la que se va a realizar el mecanizado tiene limitada la velocidad de giro del husillo principal a 6.500 rpm. Por otro lado, se debe limitar la fuerza de corte máxima a 1.100 N. Se pide: 1. Enumerar la secuencia de operaciones a realizar y seleccionar las herramientas y calidades más adecuadas de las disponibles. 2. Elegir las condiciones de corte necesarias para el mecanizado de la pieza en el menor número de pasadas y el menor tiempo posible. 3. Suponiendo que el tocho inicial sufre un tratamiento térmico hasta alcanzar una dureza muy elevada ¿Qué máquina y herramienta se necesitaría para llevar a cabo la operación? Justificar la respuesta. 4. Localizar mediante un dibujo la zona donde se suele dar el desgaste de flanco en las herramientas de corte e indicar cómo se mide. Dibujar la evolución típica del desgaste de flanco a lo largo del tiempo. Herramienta 1

Herramienta 2

z z

28

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

DATOS DE CORTE

CALIDADES HERRAMIENTAS MK1500

MK 3000

MATERIAL PIEZA

H 15

fz (mm/z) 0,06 0,10 0,16 0,06 0,10

0,16 0,06 0,10 0,16

Vc (m/min) Acero

-

-

-

475

420

370

-

-

-

Acero Inoxidable -

-

-

295

260

230

-

-

-

245

215

255

225

200

Fundición Gris

430

380

335

280

Aluminio

-

-

-

1290 1145

1005 1185 1050 920

Nota: para valores intermedios comprendidos entre el mínimo y máximo realizar la interpolación

Problemas de Mecanizado

29

PROBLEMA 8 Se desea realizar las operaciones de mecanizado pata obtener la pieza de la figura 1. Se parte de un tocho de acero al carbono de baja aleación laminado de 150x60x60 mm (Long. x Anchura x Altura). Para ello se dispone de las herramientas que se muestran en las figuras y tablas del Anexo: Herramientas disponibles. 150 mm

60 mm 5 mm 40 mm

50 mm

Figura 1: Plano de la pieza La energía específica de corte del material de la pieza es ps=2020·ac-0,25 (N/mm2). Con el fin de reducir la flexión de la herramienta, la fuerza de corte por diente en ningún caso puede superar los 2.050 N. La energía específica promedio correspondiente a este material se obtiene a partir de los valores kc=1.950 y mc=0.23 que deben sustituirse en la expresión indicada más abajo, obteniéndose la representa el espesor de viruta medio, en mm; el cual energía específica en N/mm2. Por otra parte puede obtenerse de la expresión adjunta, en la que  representa el arco de contacto, en radianes.

·

;

2·

·

· sin

·

Para realizar las operaciones de mecanizado, se deben respetar todas las condiciones y limitaciones de las herramientas. 1. Indicar las operaciones que deben realizarse y el orden en que deben realizarse, y seleccionar las herramientas adecuadas para realizar cada una de ellas con el menor número de pasadas. 2. Para cada operación, seleccionar la calidad de plaquita y calcular los parámetros de mecanizado (velocidad de corte, avance) que permitan ejecutar las operaciones en el menor tiempo posible. 3. Se dispone en el taller de una fresadora de 50 KW de potencia nominal y un rendimiento del 85%. Comprueba numéricamente si esta máquina es capaz de realizar la operación de mecanizado planteada. 4. Se observa que tras realizar la misma operación de mecanizado sobre una serie de piezas, la anchura de la ranura progresivamente, pieza tras pieza, toma valores inferiores a 40 mm, hasta que se sale de tolerancias. ¿Qué efecto crees que puede ser el más influyente en este caso? ¿Qué parámetro se debería controlar? ¿Podrías dibujar la tendencia habitual de este parámetro a lo largo del tiempo?

30

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

ANEXO – HERRAMIENTAS DISPONIBLES GEOMETRÍAS Herramientas 

Hta 1

  Hta 2

D  (mm ) 

z

ap  max(mm ) 

ae (mm)

Nmax(rpm ) 

40 

4

6 

50 

5

6 

80 

6

6 

100 

7

6 

1130 

40 

4

6 

7900 

1625  0,5∙D≤ae≤0,7∙ D 

1440  1270 

ae≤D  20 

4

5 

9200 

25 

2

12,5 

4500 

40 

4

20 

3500 

60 

4

30 

100 

4

50 

  Hta  3

0,5∙D≤ae≤D 

2750  1950 

 

CALIDADES    

Calidad  1  (Metal  Duro  P)

Calidad  2  (Metal  Duro  P)

Acero 

Calidad  3  (Metal  Duro  N)

Acero

Aluminio   

  a cmax(mm) 

0,05 

0,1 

0,2 

0,1 

0,2 

0,4 

0,15 

0,3 

0,45 

Vc (m/min) 

185 

165 

135 

175 

145 

95 

950 

750 

700 

   

 

Problemas de Mecanizado

31

CAPÍTULO III TALADRADO

32

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Problemas de Mecanizado

33

PROBLEMA 1 Se desea taladrar un agujero pasante de 10mm de diámetro y 20mm de longitud en un centro de mecanizado. Para ello se utiliza la herramienta de corte de la figura 1. La energía específica de corte del material de la pieza es de 2300 N/mm2. La velocidad de corte recomendada para esta operación es 75 m/min. Para evitar la rotura de la herramienta, se debe limitar el par de corte a un valor inferior a 12N·m. La potencia nominal de la máquina es de 3,5kW y su rendimiento del 75%. Se pide: 1. Nombrar la herramienta de la Figura 1 e identificar las partes señaladas.

2

1

5

3 70º

4

Figura 1 2. Calcular las condiciones de corte que permitan realizar el taladrado en un tiempo mínimo y calcular el tiempo correspondiente. Suponer que la distancia de aproximación y salida de la herramienta es de 2mm.

34

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 2 Se desea taladrar un agujero ciego de 20 mm de diámetro y 30 mm de longitud útil en un centro de mecanizado. La energía específica de corte del material de la pieza es de 3000 N/mm2. El espesor de viruta máximo recomendado para dicho material es de 0,4 mm y la velocidad de corte debe situarse entre 40 y 70 m/min. Se usará una broca helicoidal de 118° de ángulo de punta. La fuerza de empuje no debe superar los 2500 N y su valor se estima en un 50% de la fuerza de corte. La potencia nominal de la máquina es de 8 kW y su rendimiento, del 75%. Se pide: 1. Calcular las condiciones de corte que permitan realizar el taladrado en un tiempo mínimo y el tiempo correspondiente. Suponer que la distancia de aproximación de la herramienta es de 2 mm. 2. Calcular el caudal de viruta. 3. Determinar el diámetro de la zona de talonamiento suponiendo que el ángulo de incidencia, en las proximidades del centro de la broca, y medido en el plano de trabajo (que contiene a los vectores velocidad de corte y velocidad de avance), es de 5.

Problemas de Mecanizado

35

PROBLEMA 3 Se desea realizar agujeros pasantes de 25 mm de diámetro en chapas de acero de 20 mm de espesor. Para ello, se emplearán brocas de 2 dientes con 120º de ángulo de punta. El acero de las chapas tiene una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2. Las condiciones de corte se tomarán de la tabla adjunta, de forma que se obtenga un tiempo de mecanizado mínimo. El rendimiento de la máquina es del 85%. 1,6  10 3 La energía específica de corte es p s  0 . 46

ac

[ac] = mm ; [ps] = N/mm2 Se pide: 1. Calcular la potencia necesaria para llevar a cabo la operación. 2. Calcular el tiempo de mecanizado suponiendo que la distancia de aproximación y salida de la herramienta es de 2mm. 3. Describir el fenómeno de talonamiento, indicando bajo qué circunstancias se produce y las consecuencias que tiene.

36

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 4 Se necesita mecanizar una serie de agujeros sobre una placa de dimensiones 200x100x40mm (ver Figura 1). El material de la placa es de fundición gris de dureza 260HBN. La energía específica de corte del material (N/mm2) viene dada por la siguiente expresión:

p s  1200  a c0,1 (ac: mm) La placa debe llevar mecanizados 32 agujeros con las siguientes características: - 16 agujeros de diámetro 2mm y profundidad 8mm. - 16 agujeros pasantes de diámetro 10mm. Las herramientas disponibles y los parámetros de corte recomendados por el fabricante se muestran en la Figura 2 y Tabla 1. Para obtener una evacuación óptima de la viruta en los agujeros de mayor profundidad, se deberán seleccionar herramientas con lubricación interna. La máquina en la que se van a realizar los agujeros tiene una potencia nominal de 4 kW con un rendimiento del 85% y la rotación máxima del husillo principal es de 10.000r.p.m.

100

A

A

200 Sección AA 8 40

70 Figura 1 Se pide: 1. Elegir la máquina-herramienta más adecuada para realizar el trabajo definido y seleccionar las herramientas adecuadas para realizar las operaciones indicadas. 2. Calcular el valor de los parámetros de mecanizado que hacen que el tiempo de mecanizado sea mínimo. Es imprescindible comprobar que cumplen las restricciones impuestas. 3. Calcular los pares de corte para los parámetros obtenidos. 4. Explicar cuál es la función de un rompevirutas y qué parámetros limita. 5. Señalar utilizando un dibujo adecuado las zonas en las que se produce el desgaste de flanco y de crater. Indicar los parámetros que se utilizan para medir tales desgastes.

Problemas de Mecanizado

37

herramienta 1

Diámetro: 0,30-2,90 mm Profundidad máxima de agujero: 6-7 x Dc herramienta 2

herramienta 3

Diámetro: 3,00-20,00 mm Profundidad máxima de agujero: 2-3 x Dc

herramienta 4

herramienta 5

Diámetro: 3,00-20,00 mm Profundidad máxima de agujero: 4-6 x Dc Figura 2

herramienta 6

38

Material

Dureza Brinell

Acero de herramientas al carbono Acero fundido no aleado Acero de alta aleación Fundición gris Fundición nodular Aleación de Aluminio

210 180 325 260 250 75

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Diámetro de taladrado (mm) 0,30-1,40 1,50-2,90 3,00-6,00 6,01-10,00 Avance, f (mm/r) 0,004-0,02 0,03-0,07 0,10-0,25 0,15-0,34 0,005-0,022 0,03-0,08 0,10-0,25 0,15-0,34 0,004-0,017 0,03-0,08 0,08-0,14 0,10-0,22 0,0048-0,021 0,06-0,10 0,15-0,25 0,20-0,35 0,0032-0,014 0,06-0,10 0,15-0,30 0,20-0,40 0,00720,06-0,10 0,15-0,25 0,20-0,40 0,0315

Material

Dureza Brinell

Acero de herramientas al carbono Acero fundido no aleado Acero de alta aleación Fundición gris Fundición nodular Aleación de Aluminio

210 180 325 260 250 75

Tabla 1

10,01-14,00

14,01-20,00

0,20-0,40 0,20-0,40 0,12-0,25 0,30-0,55 0,30-0,60 0,30-0,50

0,22-0,45 0,22-0,45 0,18-0,28 0,35-0,55 0,35-0,60 0,40-0,60

Diámetro de taladrado (mm) 0,30-1,40 1,50-2,90 3,00-20,0 Vc, (m/min) 10-42 65-80 70-120 15-50 60-75 70-130 5-20 40-50 40-70 10-42 60-80 100-140 8-34 50-65 90-130 24-95 150-200 120-130

Problemas de Mecanizado

39

PROBLEMA 5 Se desea fabricar un lote de piezas de acero templado y espesor 20mm como las que aparecen en la Figura 1. Estas piezas vienen fabricadas por laminación, pero sus requisitos geométricos implican el mecanizado posterior de ciertas zonas. En este problema se pide únicamente resolver el proceso de taladrado correspondiente a los 5 agujeros pasantes. Teniendo en cuenta los siguientes datos:  la longitud de aproximación =3mm y la de salida =2mm

 el ángulo de la punta de la broca 118º y el de incidencia =4º  energía específica de corte del material 2700 N/mm2  potencia nominal de la máquina 3,5kW y rendimiento del 75%  10

 16

Figura 1. Geometría de piezas a fabricar.

Tipo broca

D (mm)

z

f (mm/rev)

Vc (m/min)

Broca de plaquitas

16

1

0,08-0,1

75

Broca helicoidal enteriza 1

16

2

0,18-0,2

80

Broca cañón

10

2

0,06

45

Broca helicoidal enteriza 2

10

2

0,1-0,15

80

Tabla 1. Brocas disponibles para el taladrado de las piezas. Se pide: 1

Selección de broca y su correspondiente avance por diente empleado para cada agujero para obtener un tiempo de mecanizado mínimo.

2

Tiempo de mecanizado mínimo total para los 5 agujeros.

3

Explica qué es el fenómeno de talonamiento. Indicar, en el caso del agujero de diámetro 10mm, el diámetro a partir del cual aparecería el fenómeno de talonamiento.

40

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

PROBLEMA 6 Se dispone de un centro de mecanizado en el que se van a realizar una serie de piezas como la que aparece en la Figura 1. Las piezas vienen ya fresadas y únicamente se van a realizar en esta máquina 4 agujeros, dos de los cuales servirán de agujero previo para un roscado posterior. El centro de mecanizado dispone de una limitación que impide trabajar con fuerzas de empuje superior a los 5000N. Además, se dispone del dato de que, en este caso, la fuerza de corte es el doble que la de empuje. La energía específica de corte del material de pieza es de 2700 N/mm2. Se supondrá que el ángulo de punta de todas las brocas es de 118º.

10

25

Las brocas para realizar los agujeros deben ser seleccionadas de la lista que se proporciona en la Tabla 1.

D (mm) Broca helicoidal enteriza Broca de plaquitas Broca de plaquitas

15

z

fmax (mm/rev)

Vc (m/min)

0.2

100

0.35

90

0.4

90

2 15 mm 24mm 21mm

1 1

Tabla 1. Listado de brocas disponibles.

M24 Figura 1. Pieza de acero a taladrar. Diámetro nominal de rosca M11 M12 M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27

Diámetro broca (mm) 9,5 10,2 12,0 14,0 15,5 17,5 19,5 21,0 24,0

Diámetro nominal de rosca M30 M33 M36 M39 M42 M45 M48 M52 M56

Diámetro broca (mm) 26,5 29,5 32,0 35,0 37,5 40,5 43,0 47,0 50,5

Tabla 2. Relación entre el diámetro nominal de la rosca y el del taladrado previo. Se pide: 1. Nombrar, justificando la respuesta, el tipo de herramienta a utilizar y el avance por diente a emplear en cada caso para que el tiempo de mecanizado sea mínimo. 2. Calcular el tiempo de mecanizado mínimo total para taladrar los 4 agujeros. (Suponer ∆a=∆s=3mm). 3. Calcular la potencia de corte máxima consumida.

Problemas de Mecanizado

41

PROBLEMA 7 Se desea realizar, en un taladro de columna, agujeros de 12mm de diámetro en un acero de resistencia a la tracción 85Kg/mm2 y cuya energía específica de corte (en N/mm2) viene dada por:

ps 

1,6  10 3 ac

0 .46

Siendo ac el espesor de viruta en mm. El taladrado se llevará a cabo con la Herramienta 1, de acero rápido, que debe utilizarse en este material con una velocidad de corte de 25m/min y con un avance por filo de 0,15mm. Se pide: 1. Obtener la potencia necesaria para realizar la operación, suponiendo un rendimiento de la máquina del 90%. 2. ¿Sería posible realizar esta operación en un Centro de Mecanizado utilizando la herramienta 1? ¿Y utilizando la herramienta 2? Razona la respuesta 3. Manteniendo los parámetros de operación citados más arriba ¿Cómo afectaría a la potencia consumida el utilizar una herramienta similar a la 1, pero con 3 filos en vez de 2? 4. Representar el ángulo de desprendimiento y el ángulo de incidencia de la herramienta 1. Sobre esta misma vista representar el vector velocidad de corte. 5. En el contexto de esta operación, ¿para qué utilizarías un escariador?

70º

Herramienta 2

Herramienta 1

42

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Problemas de Mecanizado

43

CAPÍTULO IV COMBINADOS

44

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Problemas de Mecanizado

45

PROBLEMA 1 A partir de un tocho de acero de dimensiones 350x200x100 (todas las cotas en mm) se desea obtener mediante mecanizado la pieza representada en la Figura 1. La energía específica de corte del acero es de 1000 N/mm2 y se supone independiente de los parámetros de corte. Se pide: 1. Elegir la máquina-herramienta más adecuada para la producción de la pieza representada en la Figura 1. Razonar la respuesta. 2. De entre las herramientas recogidas en la Tabla 1 elegir las que permiten minimizar el tiempo de mecanizado de la pieza. ¿En qué caso se utilizaría el escariador? 3. Calcular este tiempo mínimo de mecanizado despreciando tiempos de aproximación, salida, retirada y cambio de herramientas y suponiendo no necesario el uso del escariador. 4. Calcular la potencia necesaria para llevar a cabo la operación suponiendo un rendimiento mecánico de 0,8. Tomar para la operación de fresado un valor aproximado de p*s=1000N/mm2. 5. ¿Qué tipo de sistema de guiado es el más adecuado para esta máquina-herramienta? Razona la respuesta.

40

100 95

8 (en todos los agujeros)

200

350 Figura 1

46

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Herramienta

Nº dientes (z)

D (mm)

r (º)

Material

Herramienta de Mandrinar

1

8

80

Metal duro recubierto (multicapa)

Fresa frontal de ranurar enteriza

4

30

Fresa de plato

10

120

Fresa enteriza de punta semiesférica

2

8

Acero rápido recubierto (TiCN)

Broca helicoidal

2

7,75

Acero rápido

Broca helicoidal

2

8

Acero rápido

Broca cañón

1

8 8

Escariador

4

Avance (mm): Velocidad de corte (m/min): Profundidad de pasada (mm): Avance por diente (mm/diente): Velocidad de corte (m/min): Profundidad de pasada (mm): Avance por diente (mm/diente): Velocidad de corte (m/min): Profundidad de pasada (mm): Avance por diente (mm/diente): Velocidad de corte (m/min): Profundidad de pasada (mm): Avance (mm/rev): Velocidad de corte (m/min): Avance (mm/rev): Velocidad de corte (m/min):

0.01 – 0.2 120 0.05 – 1.5 0.01 – 0.5 70 0.05 – 12 0.01 – 0.5 120 0.05 – 8 0.005 – 0.5 90 0.05 – 6 0.01 – 0.5 40 0.01 – 0.5 40

Acero rápido recubierto (TiN)

Avance (mm/rev): Velocidad de corte (m/min):

0.01 - 0.05 50

Acero rápido recubierto

Avance (mm/diente): Velocidad de corte (m/min): Profundidad de pasada radial (mm):

0.05 - 0.15 70 0.05 - 0.15

Acero rápido recubierto (TiN) 90

Condiciones de corte recomendadas

Metal duro recubierto (multicapa)

Tabla 1

Problemas de Mecanizado

47

PROBLEMA 2 Se desea mecanizar la pieza de la figura 1a partir de un bloque de acero de dimensiones iniciales l=300mm, b=150mm y altura 200mm. Superficie plana B 2 agujeros diámetro 8mm y profundidad 15mm

15mm

10mm

15mm

190mm

8mm

l=300mm

Figura 1

b=150mm

La máquina a utilizar es un centro de mecanizado de 3 ejes y dispone de las herramientas mostradas en la tabla 1. La energía específica del acero de la pieza, en N/mm2, viene dada por la expresión: ps  1000  ac0,29 siendo a el espesor de viruta en mm. c Se pide: 1. Secuencia de operaciones de mecanizado necesarias para fabricar la pieza definiendo, para cada operación: a. Herramientas y parámetros de operación que aseguran el tiempo de mecanizado mínimo. b. Fuerza de corte máxima por diente que se alcanza en cada operación. 2. Tras la operaciones anteriores la pieza sufre un tratamiento térmico de temple hasta alcanzar una dureza de 60HRc(dureza muy elevada). Una vez templada, se desea: c.

Obtener tolerancias ajustadas de planitud y excelente acabado superficial en la superficie plana B (ver figura). Una vez hecho esto, d. Mecanizar dos agujeros cuadrados de lado 20mm y profundidad 30mm sobre dicha superficie plana B. Nombrar las máquinas y las herramientas necesarias para llevar a cabo ambas operaciones. Razonar la respuesta en cada uno de los casos. 3. Las primeras herramientas de metal duro que aparecieron en el mercado sufrían un importante desgaste de cráter al mecanizar materiales férreos. ¿Qué mejoras se han introducido posteriormente en estas herramientas para corregir el problema?

HERRAMIENTA

CARACTERÍSTICAS

PARÁMETROS RECOMENDADOS

48

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Fresa de plato

D=100mm Nº de dientes: 7 r=90º

Fresa de plato

D=160mm Nº de dientes: 12 r=90º D= 50mm Nº de dientes: 4 r=45º

Fresa de plato

fz= 0,1mm ap 10,7mm ae= 0,67  0,83D Vc= 195m/min fz= 0,1mm ap 10,7mm Vc= 195m/min fz= 0,24mm ap 6mm Vc= 140m/min

50mm Fresa de ranurar

D= 10mm Nº de dientes: 2

fz= 0,035  0,05mm ap 7mm Vc= 90  130m/min

Fresa de ranurar

D= 5mm Nº de dientes: 2

Fresa de punta semiesférica

D= 10mm Nº de dientes: 2

fz= 0,02  0,03mm ap 3,5mm Vc= 90  130m/min fz= 0,04  0,09mm ap 5mm

De  2 D  a p  a p2 Escariador Broca helicoidal Broca cañón

aeap 20mm Vc (para De)= 160  260m/min fz=0,05 0,15mm Vc=70m/min Vc= 90  130m/min f=0,1  0,16 mm/rev

D= 8mm Nº de dientes: 4 D= 8mm Nº de dientes: 2 Kr=59º D= 8mm Nº de dientes: 1

Vc= 40  100m/min f=0,01  0,05 mm/rev Tabla 1

Problemas de Mecanizado

49

PROBLEMA 3 Se desea mecanizar el eje estriado de la figura 1 a partir de un redondo de diámetro 150mm y longitud 300mm.

Ø 100

Ø 150

10 2

100 120 300

Figura 1 El eje es de acero al carbono con una energía específica de corte de 2.700N/mm2. Se desea realizar el mecanizado completo en una sola máquina y en el menor tiempo posible. Se pide: 1. Describir en detalle la máquina y los utillajes y accesorios necesarios para llevar a cabo el mecanizado completo de la pieza. 2. De entre las herramientas disponibles en el almacén (Tabla 1), elegir las necesarias para el mecanizado de la pieza. 3. Determinar la fuerza de corte (entendida como la componente de la fuerza en la dirección de Vc) máxima sobre la herramienta en cada una de las operaciones de mecanizado que se realizan sobre la pieza. 4. Determinar la potencia requerida en el husillo principal de la máquina, supuesto un rendimiento mecánico del 85%. 5. ¿Sería posible calcular la rugosidad que quedaría en la superficie cilíndrica tras el mecanizado a partir de los datos de que se dispone? Razona la respuesta.

50

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

HERRAMIENTA 3

HERRAMIENTA 1

HERRAMIENTA 2

ap = f= VC =

ap =

0,5-2 mm

f=

0,1-0,6 mm/rev

0,25-1,5 mm 0,1-0,3 mm/rev 125-295 m/min

Kr=107,5º Radio de punta 0,6mm

HERRAMIENTA 4

VC = 235-450 m/min Kr=90º Radio de punta 0,6mm HERRAMIENTA 5

N=

1070 rpm

f=

0,17 mm/rev

fz=0,048mm/diente ap(max)=8mm Dc=10mm VC=200m/min HERRAMIENTA 6

Dc= 10mm HERRAMIENTA 7

ap(max)=1,9mm VC=200m/min

ap(max)=5mm VC=200m/min

fz=0,010mm/diente dmm=10mm

Tabla 1

ap = nap = VC =

0,45 mm 4 125 m/min

fz=0,048mm/diente Dc=6mm

Problemas de Mecanizado

51

PROBLEMA 4 Se desea fabricar un lote de pistones en aleación de aluminio (ver plano en figura 1). El diámetro inicial del tocho es de 78mm. Si bien estas piezas vienen fabricadas por fundición, sus requisitos geométricos implican el mecanizado posterior de ciertas zonas exteriores. Para ello, es necesario completar la hoja de proceso con los datos de mecanizado imprescindibles para el operario. Se pide: 1. Rellenar los datos que faltan de la hoja de proceso de la tabla 1, teniendo en cuenta: -

las longitudes de aproximación y salida =0mm

-

el ángulo de punta de la broca 118º

-

Nmax de la máquina 3500rpm

2. Elegir, justificando la respuesta, la máquina en la que mecanizarías este tipo de piezas.

Hoja de Procesos

ZONA

TIPO OPERACIÓN

N(rpm)

Vc(m/min)

Vf (mm/min)

f (mm)

tm (s)

zona A

2546 – 2938

600 (recomendada)

508 – 588

0,2

0,9

zona B

2400

240 600 ---

5

2 agujeros

taladrado

1500

cambio de atada

---

---

---

---

zona C

600 (recomendada)

0,1

3 ranuras

200

0,15

Tabla 1 Nota: todas las operaciones se hacen en una única pasada.

52

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Zona C

Zona B

Zona A

Figura 1

Problemas de Mecanizado

53

PROBLEMA 5 Se desea fabricar una serie corta de ejes de acero de bajo contenido en carbono con una energía específica de corte ps=2.100 N/mm2. Partiendo de un redondo laminado de 200 mm de diámetro, se debe mecanizar el exterior del eje hasta un diámetro de 175 mm. El diseño del eje contempla también un agujero de 25 mm de diámetro y 40 mm de profundidad (Ver fig. 1). En el anexo se indican las herramientas disponibles. Para que el acabado superficial sea adecuado, se requiere hacer una operación de acabado con una profundidad de pasada de 0,5mm. Por último, para evitar deformaciones de la máquina la fuerza de corte está limitada a 8000N.

Ø200mm

Ø175 mm

Ø25 mm

40 mm 450 mm Figura 1 Se pide: 1. Seleccionar y justificar el tipo de máquina a utilizar y describir la secuencia de operaciones indicando la herramienta elegida en cada caso. 2. Calcular los parámetros de corte óptimos para un tiempo de mecanizado mínimo. 3. Con las condiciones del apartado anterior, calcular la potencia mínima requerida de la máquina teniendo en cuenta un rendimiento del 85%. 4. A la hora de hacer el agujero, suponiendo que el ángulo de incidencia en las proximidades del centro de la herramienta sea de 2º, calcular el diámetro a partir del cual comienza a darse el fenómeno de talonamiento. 5. Calcular la rugosidad teórica obtenida en la superficie cilíndrica de la pieza. En caso de que se requiera una rugosidad inferior a la calculada, explicar qué medidas se podrían tomar. 6. Antes de comenzar la operación, ¿Cómo puedes saber si la herramienta llegará al final de su vida antes de acabar dicha operación?

54

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Anexo:

Herramientas disponibles:

Herramienta de cilindrado 1 Material r [º] r [mm] f [mm/rev] ap [mm] Vc [m/min]

Metal P25 45

duro

1,2 0,25 – 0,7 1 -7 140

Fresa de punta esférica

Material z Ø [mm] r [º] f [mm/z] Vc [m/min]

Metal duro K20 2 25 -0,45 0-215

Herramienta de cilindrado 2 Metal P15 75

Material r [º]

0,8

r [mm] f [mm/rev] ap [mm] Vc [m/min]

0,2-0,6 0,5-5 140

Broca helicoidal

Material z Ø [mm] r [º] f [mm/rev] Vc [m/min]

Acero rápido 2 25 60 0,35 0-70

duro

Herramienta de cilindrado 3 Metal P05 93

Material r [º]

0,8

r [mm] f [mm/rev] ap [mm] Vc [m/min]

0,1-0,4 0,3-1,5 240

Fresa cilíndrica

Material z Ø [mm] r [º] f [mm/z] Vc [m/min]

Metal duro P05 4 25 90 0,1-0,3 0-125

duro

Problemas de Mecanizado

55

PROBLEMA 6 Se desea mecanizar la pieza que aparece en la Figura 1 (cotas en mm). Para ello, se parte de un tocho de acero no aleado de 100x30x15 (largo x ancho x alto) y con una energía específica de corte constante de 2100N/mm2. Este tocho se colocará en una fresadora de 3 ejes. Sobre este tocho inicial, se va a realizar un escuadrado y se van a taladrar 3 agujeros pasantes de diámetro 5mm y 3 agujeros ciegos de diámetro 8mm. Para efectuar el escuadrado y los agujeros, se dispone de las herramientas que aparecen en la Tabla 1, donde también aparecen los rangos de parámetros de mecanizado recomendados. La fuerza de corte máxima que soporta el husillo de la máquina es de 5000N y el rendimiento de la máquina es 0,8. Se considerará, para todas las operaciones, una distancia de aproximación y de salida de 2mm. 100

10

5

A

30

15

5 8 A

14

Figura 1. Diseño de pieza a mecanizar. Se pide: 1. 2. 3. 4.

Nombrar el tipo de herramienta a utilizar en cada caso (escuadrado y taladrados de agujeros 5 y 8). De la Tabla 1, seleccionar, justificando la respuesta, las condiciones de corte que permitan acabar la operación en el menor tiempo posible y con un acabado homogéneo en la superficie fresada. Calcular este tiempo mínimo. Calcular la potencia nominal mínima que necesita la máquina para taladrar. Calcular el diámetro a partir del cual comienza a ocurrir el fenómeno de talonamiento sabiendo que el  de la broca es de 5º.

56

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

Fresa de planear y escuadrar

D = 50 mm Vc = 320 m/min fz = 0,1 – 0,2 mm/diente ae ≤ 0,25xD ap ≤ 12mm

Fresa para ranurar con punta esférica

D = 16 mm Vc = 202 m/min fz = 0,16 mm/diente ae ≤ 0,1xD ap ≤ 0,1xD

Broca Coromat Delta

D= 9,5 – 30,4 mm Vc= 70 – 90 m/min Avances: Si D = 9,5 – 14,00 mm Si D = 14,01 – 17,00 mm ….

Broca Corodrill Delta

D= 3 – 20 mm Vc= 80 – 140 m/min Avances: Si D = 3 – 6,00 mm Si D = 6,01 – 10,00 mm ….

f = 0,15 – 0,23 mm/rev f= 0,18 – 0,26 mm/rev

f = 0,1 – 0,25 mm/rev f= 0,15 – 0,34 mm/rev

Tabla 1. Herramientas disponibles y parámetros de corte recomendados.

Problemas de Mecanizado

57

PROBLEMA 7 Se desea mecanizar una tirada media de la pieza mostrada en la Figura 1 a partir de un redondo de 160mm de diámetro y longitud 400mm. 10mm  Ø150mm 

Ø10mm 

Ø 130mm  25mm

400 mm 

Figura 1: Plano de la pieza que se desea mecanizar La pieza es de acero al carbono con una energía específica de corte de 2.100N/mm2. Se desea realizar el mecanizado completo en una sola máquina, con el número mínimo de pasadas y en el menor tiempo posible. Para evitar una flexión excesiva de la herramienta de ranurado se decide limitar la fuerza de corte a 4.500N. La potencia nominal de la máquina es 25 kW y su rendimiento, del 80 %. Se pide: 1. Describir en detalle la máquina y los utillajes y accesorios necesarios para llevar a cabo el mecanizado completo de la pieza. 2. Enumerar la secuencia de operaciones a realizar y seleccionar las herramientas más adecuadas de las disponibles en el almacén (Tabla 1). 3. Elegir las condiciones de corte necesarias para el mecanizado de la pieza. 4. Calcular el tiempo de mecanizado necesario para realizar los 4 agujeros considerando que la distancia de aproximación es 2mm y despreciando los tiempos de retirada. 5. A la hora de hacer el agujero, suponiendo que el ángulo de incidencia en las proximidades del centro de la herramienta sea de 2º, calcular el diámetro a partir del cual comienza a darse el fenómeno de talonamiento.

58

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas

HERRAMIENTA A

HERRAMIENTA B

la=10mm f= 0,1-0,36mm/r Vc=90-235m/min

la=10mm rε=5mm f= 0,1-0,36mm/r Vc=90-235m/min

HERRAMIENTA C

HERRAMIENTA D

Dc=10mm

Dc2=10 mm

L=2-3xDc

Z=4

Kr=70º

ap4xDc2

Vc=70-120m/min

Vc=320 m/min

f=0,14-0,30mm/rev

f=0,5 mm/rev

HERRAMIENTA E

HERRAMIENTA F

Kr=91º rε=0,8mm ap= 1-3,9mm f= 0,2-0,5mm/r Vc= 530-370m/min

ap=0.29mm nap=4 Vc=125m/min

Tabla 1: Herramientas disponibles