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July 21, 2017 | Author: Jose Maria Juez Gil | Category: Machining, Aluminium, Welding, Metalworking, Industries
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Manual de técnicas para la conformación mecánica

José María Juez Gil Inocente Cambero Rivero

Manual de técnicas para la conformación mecánica

José María Juez Gil Inocente Cambero Rivero

Todos los derechos reservados. No está permitida la reproducción y/o transmisión de la totalidad o parte de esta obra por procedimiento gráfico o informático alguno, sin permiso escrito de los autores.

I.S.B.N. 978-84-692-4495-1

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

ÍNDICE BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. 1

INTRODUCCIÓN AL MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. .... 15

1.1 Materiales mecanizables. ................................................................................ 15 1.2 Maquinabilidad de los metales. ....................................................................... 16 1.3 Tipos de mecanizados. .................................................................................... 17 1.4 Procesos empleados en el mecanizado por arranque de material. ................ 18 2

MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL: CON CONTACTO DIRECTO. ........................................................................................................ 20

2.1 Herramientas de corte. Estudio del arranque de material. .............................. 20 2.1.1

Elementos principales de las herramientas de corte. ........................ 20

2.1.2

Geometría de la herramienta de corte. .............................................. 20

2.1.3

Características de trabajo de las herramientas de corte. .................. 21

2.1.4

Materiales para las herramientas de corte. ....................................... 22

2.1.5

Ángulos de corte en las cuchillas....................................................... 28

2.1.6

Influencias de los ángulos de la cuchilla en el mecanizado. ............. 30

2.1.7

Duración de la herramienta................................................................ 31

2.1.8

Desgaste y afilado de las herramientas de corte. .............................. 31

2.1.9

Criterios para determinar la vida de la herramienta........................... 33

2.1.10

Tratamientos térmicos para las herramientas de corte. .................... 33

2.1.11

Recubrimiento de las herramientas de corte. .................................... 33

2.1.12

Geometría del rompevirutas. ............................................................. 39

2.1.13

Formación de la viruta. Clases de virutas. ......................................... 39

2.1.14

Sistemas de sujeción de la plaquita................................................... 41

2.2 Torno. .............................................................................................................. 43 2.2.1

Tipos de tornos. ................................................................................. 43

2.2.2

Componentes principales de un torno. Mecanismo del torno............ 45

2.2.3

Herramientas y operaciones principales realizadas en un torno. ...... 49

2.2.4

Características técnicas del torno. ..................................................... 52

2.2.5

Operaciones de revisión en el torno. ................................................. 54

2.2.6

Parámetros de corte en el torno. ....................................................... 54 I

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

2.3 Fresadora. ....................................................................................................... 61 2.3.1

Tipos de fresadoras. .......................................................................... 63

2.3.2

Componentes y accesorios principales. ............................................ 65

2.3.3

Herramientas y operaciones realizadas en una fresadora. ............... 72

2.3.4

Características técnicas de las fresadoras. ....................................... 75

2.3.5

Operaciones de revisión en la fresadora. .......................................... 76

2.3.6

Parámetros de corte en la fresadora. ................................................ 77

2.4 Taladradora. .................................................................................................... 82 2.4.1

Tipos de taladradoras. ....................................................................... 83

2.4.2

Componentes principales. Mecanismo de la taladradora. ................. 85

2.4.3

Herramientas y operaciones realizadas en las taladradoras. ............ 88

2.4.4

Características técnicas de las taladradoras. .................................... 90

2.4.5

Operaciones de revisión en las taladradoras .................................... 90

2.4.6

Parámetros de corte en la taladradora. ............................................. 91

2.5 Mandrinadora. .................................................................................................. 95 2.5.1

Componentes y accesorios principales. ............................................ 96

2.5.2

Herramientas y operaciones realizadas en una mandrinadora. ........ 97

2.5.3

Características técnicas de la mandrinadora. .................................... 99

2.5.4

Operaciones de revisión en la mandrinadora. ................................. 100

2.5.5

Parámetros de corte en la mandrinadora. ....................................... 100

2.6 Limadora. ....................................................................................................... 103 2.6.1

Tipos de limadoras. .......................................................................... 104

2.6.2

Componentes principales. Mecanismo en una limadora. ................ 105

2.6.3

Herramientas y operaciones realizadas en una limadora................ 107

2.6.4

Características técnicas de las limadoras. ...................................... 108

2.6.5

Operaciones de revisión en la limadora. ......................................... 109

2.6.6

Parámetros de corte en la limadora. ................................................ 109

2.7 Cepilladora. .................................................................................................... 111 2.7.1

Tipos de cepilladoras. ...................................................................... 112

2.7.2

Componentes principales de las cepilladoras. ................................ 113

2.7.3

Herramienta y operaciones principales. .......................................... 114

2.7.4

Características principales de las cepilladoras. ............................... 115

2.7.5

Operaciones de revisión en las cepilladoras. .................................. 115 II

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

2.7.6

Parámetros de corte en la cepilladora. ............................................ 116

2.8 Brochadora. ................................................................................................... 117 2.8.1

Tipos de brochadoras. ..................................................................... 118

2.8.2

Componentes principales. ............................................................... 119

2.8.3

Herramientas y operaciones principales. ......................................... 119

2.8.4

Características de las brochadoras. ................................................ 122

2.8.5

Parámetros de corte en las brochadoras. ....................................... 123

2.9 Mecanizado por abrasivos. ............................................................................ 124

3

2.9.1

Clases de abrasivos......................................................................... 125

2.9.2

Aplicaciones de los abrasivos. ......................................................... 125

2.9.3

Máquinas para el mecanizado por abrasivos. ................................. 126

2.9.4

Operaciones principales realizadas por los abrasivos..................... 127

MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL: SIN CONTACTO DIRECTO. ...................................................................................................... 129

3.1 Electroerosión. ............................................................................................... 129 3.1.1

Fundamento teórico: ........................................................................ 129

3.1.2

Tipos de procesos en la electroerosión: .......................................... 131

3.2 Proceso de electroerosión por penetración o Ram EDM .............................. 131 3.2.1

Electrodos en la electro-erosión por penetración. ........................... 132

3.2.2

Máquinas de electroerosión por penetración. .................................. 132

3.2.3

Ventajas e inconvenientes del proceso de EDM: ............................ 133

3.2.4

Aplicaciones del proceso de electro-erosión por penetración: ....... 134

3.3 Proceso de electro-erosión por hilo o WEDM: .............................................. 134 3.3.1

Hilo en la electro-erosión por hilo. ................................................... 136

3.3.2

Máquinas de electroerosión por hilo. ............................................... 137

3.3.3

Ventajas e inconvenientes del proceso de EDW. ........................... 138

3.3.4

Métodos de corte en el proceso de electroerosión por hilo. ............ 139

3.3.5

Obtención de geométricas en el proceso de EDW. ......................... 139

3.3.6

Aplicación del proceso de electroerosión por hilo. .......................... 140

3.4 Conformado por ultrasonidos. ....................................................................... 141 3.4.1

Clasificación de maquinas para el conformado por ultrasonidos. .. 141

3.4.2

Componentes principales del conformado por ultrasonidos. ........... 142

3.4.3

Herramienta de conformado por ultrasonidos. ............................... 143 III

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

3.4.4 4

Aplicaciones del conformado por ultrasonidos: .............................. 143

MECANIZADO ESPECIAL. .......................................................................... 144

4.1 Mecanizado electrolítico. ............................................................................... 144

5

4.1.1

Procedimiento de mecanizado electrolítico: .................................... 144

4.1.2

Aplicaciones del mecanizado electrolítico: ...................................... 145

4.1.3

Ventajas e inconvenientes del mecanizado electrolítico: ................ 145

NUEVAS TENDENCIAS EN EL MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA. ........................................................................................................ 146

5.1 Equipos con cinemática avanzada. ............................................................... 146 5.2 Mecanizado de alta velocidad. MAV. ............................................................ 148 5.2.1

Herramientas de un MAV................................................................. 148

5.2.2

Aplicaciones. Ventajas e inconvenientes del MAV. ......................... 149

5.3 Mecanizado en seco. ..................................................................................... 150 5.4 Mecanizado de precisión y ultraprecisión. ..................................................... 151 BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. 1

INTRODUCCIÓN AL CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. 152

1.1 Clasificación de los procesos de deformación plástica. ................................ 152 1.2 Efecto de la temperatura en el proceso de deformación plástica.................. 153 1.3 Características de las estructuras metalúrgicas en los procesos de conformación. ........................................................................................................ 154 1.4 Tratamientos aplicados en los procesos de deformación plástica. ............... 155 1.5 Comportamiento elástico-plástico de las piezas metálicas. .......................... 157 2

DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN FRIO. ........................................................ 160

2.1 Materiales utilizados en los procesos de deformación plástica. .................... 160 2.2 Operaciones principales en la deformación plástica en frío. ......................... 161 2.3 Cizallado. ....................................................................................................... 161 2.3.1

Descripción del proceso de cizallado. ............................................. 161

2.3.2

Herramientas en el cizallado............................................................ 162

2.3.3

Consideraciones en el cizallado. ..................................................... 162

2.3.4

Parámetros de corte en el cizallado. ............................................... 162

2.4 Doblado. ........................................................................................................ 163 IV

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

2.4.1

Descripción del proceso de doblado. ............................................... 163

2.4.2

Herramienta en el doblado............................................................... 164

2.4.3

Parámetros de corte en el doblado. ................................................. 165

2.5 Estampación en frío. ...................................................................................... 166 2.5.1

Descripción del proceso de estampación en frio. ............................ 166

2.5.2

Herramientas en la estampación en frío. ......................................... 167

2.5.3

Parámetros de corte en la estampación en frío. .............................. 167

2.6 Embutición. .................................................................................................... 168 2.6.1

Descripción del proceso en la embutición. ...................................... 168

2.6.2

Herramientas en la embutición. ....................................................... 169

2.6.3

Parámetros de corte en la embutición. ............................................ 170

2.7 Troquelado o punzonado. .............................................................................. 173 2.7.1

Descripción del proceso de troquelado o punzonado...................... 173

2.7.2

Herramientas en el troquelado o punzonado. .................................. 173

2.7.3

Parámetros de corte en el troquelado o punzonado........................ 174

2.8 Estirado y trefilado. ........................................................................................ 176 2.8.1

Descripción del proceso de estirado. ............................................... 176

2.8.2

Máquinas para estirar. ..................................................................... 177

2.8.3

Materiales para estirado. ................................................................. 177

2.8.4

Operaciones del estirado. ................................................................ 177

2.8.5

Trefilado. .......................................................................................... 178

2.8.6

Máquinas de trefilar. ........................................................................ 179

2.8.7

Operaciones del trefilado. ................................................................ 179

2.9 Otras operaciones. ........................................................................................ 179

3

2.9.1

Estampado por impacto. .................................................................. 180

2.9.2

Conformación por explosión. ........................................................... 180

2.9.3

Entallado. ......................................................................................... 180

2.9.4

Conformado electrohidráulico. ......................................................... 180

2.9.5

Estampación con matriz flexible e hidroconformado. ...................... 181

DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN CALIENTE. .............................................. 182

3.1 Forja. .............................................................................................................. 182 3.1.1

Proceso de la forja. .......................................................................... 183

V

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

3.1.2

Descripción del proceso de forja...................................................... 183

3.1.3

Temperatura de forja. ...................................................................... 184

3.1.4

Efectos que produce la forja. ........................................................... 185

3.1.5

Defectos de la forja. ......................................................................... 186

3.1.6

Materiales forjables. ......................................................................... 186

3.1.7

Máquinas utilizadas para la forja. .................................................... 187

3.2 Estampación en caliente................................................................................ 189 3.2.1

Máquinas utilizadas para la estampación en caliente. .................... 189

3.2.2

Proyecto de estampa para estampación en caliente. ...................... 190

3.3 Extrusión. ....................................................................................................... 191 3.3.1

Descripción del proceso de extrusión. ............................................. 191

3.3.2

Máquinas para extrusión.................................................................. 193

3.3.3

Metales y aleaciones extruidos. ....................................................... 193

3.3.4

Defectos de las extrusiones. ............................................................ 193

3.3.5

Aplicaciones de la extrusión en caliente. ......................................... 194

3.4 Laminación. ................................................................................................... 194 3.4.1

Descripción del proceso de laminación. .......................................... 195

3.4.2

Máquinas utilizadas en la laminación .............................................. 195

3.4.3

Metales y aleaciones laminados. ..................................................... 196

3.4.4

Defectos en el laminado. ................................................................. 196

3.4.5

Operaciones de laminado de forma. ................................................ 197

3.4.6

Aplicaciones del laminado. .............................................................. 199

BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. 1

INTRODUCCIÓN AL MOLDEO. ................................................................... 200

1.1 Operaciones fundamentales del conformado por molde. .............................. 200 1.2 Diagrama de procesos en el conformado por moldeo................................... 201 1.3 Fundición. ...................................................................................................... 203 1.4 Metales o aleaciones aptos para ser conformados por fundición. ................ 203 1.5 Hornos para fundir metales. .......................................................................... 204 1.6 Características tecnológicas de las piezas moldeadas. ................................ 206 1.7 Defectos en el proceso de moldeo. ............................................................... 206 1.8 Inspección de las piezas fundidas. ................................................................ 209 VI

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

2

MOLDES NO PERMANENTES. ................................................................... 210

2.1 Moldeo en arena. ........................................................................................... 210 2.2 Ventajas e inconvenientes del moldeo en arena. .......................................... 210 2.3 Construcción de los modelos......................................................................... 211 2.4 Materiales utilizados en la fabricación de modelos. ...................................... 212 2.5 Arenas de moldeo. ......................................................................................... 212 2.6 Características de las arenas de moldeo. ..................................................... 213 2.7 Clasificación de las arenas de moldeo. ......................................................... 214 2.8 Aglutinante. .................................................................................................... 215 2.9 Métodos de moldeo. ...................................................................................... 216 2.10 Fabricación de piezas. ................................................................................... 216 2.11 Máquinas de moldear. ................................................................................... 221 3

MOLDES PERMANENTES. .......................................................................... 222

3.1 Moldeo en coquillas. ...................................................................................... 222 3.2 Núcleos de las coquillas. ............................................................................... 222 3.3 Condiciones de trabajo de las coquillas. ....................................................... 223 3.4 Procesos de moldeo con moldes permanentes. ........................................... 224 3.5 Moldeo mecánico en coquillas....................................................................... 224 3.5.1

Moldeo en coquilla por gravedad. .................................................... 224

3.5.2

Moldeo en coquilla con inversión del molde. ................................... 226

3.5.3

Moldeo en coquilla con presión. ...................................................... 226

3.6 Moldeo por centrifugado. ............................................................................... 228 3.6.1 4

Colada centrifuga. ............................................................................ 229

MOLDES ESPECIALES................................................................................ 230

4.1 Moldeado en cáscara .................................................................................... 230 4.1.1

Materiales empleados. ..................................................................... 230

4.1.2

Proceso de ejecución del moldeo en cáscara. ................................ 230

4.1.3

Ventajas e inconvenientes del moldeo en cáscara. ......................... 232

4.2 Moldeo a la cera perdida. .............................................................................. 233 4.2.1

Proceso de obtención de las piezas. ............................................... 233

4.2.2

Ventajas e inconvenientes del moldeo a cera perdida. ................... 235

4.3 Moldeo Mercast. ............................................................................................ 235 VII

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

4.3.1

Proceso de moldeo Mercast. ........................................................... 236

4.4 Moldeo en yeso. ............................................................................................ 236 4.4.1

Procedimiento del moldeo en yeso. ................................................. 237

4.4.2

Ventajas e inconvenientes del moldeo en yeso. .............................. 237

4.5 Moldeo al CO2................................................................................................ 237 4.5.1 5

Ventajas e inconvenientes del moldeo en CO2................................ 238

METALURGIA DE POLVOS. PULVIMETALURGIA. ................................... 239

5.1 Proceso de la pulvimetalurgia........................................................................ 239 5.1.1

Fabricación de los polvos metálicos. ............................................... 239

5.1.2

Compactación. ................................................................................. 239

5.1.3

Sinterización. ................................................................................... 240

5.1.4

Acabado. .......................................................................................... 240

5.2 Características de la materia prima. .............................................................. 241 5.3 Ventajas e inconvenientes de la pulvimetalurgia. .......................................... 241 5.4 Aplicaciones de la pulvimetalurgia. ............................................................... 242 BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. 1

UNIÓN POR SOLDADURA. ......................................................................... 244

1.1 Clasificación de los procesos de soldadura. ................................................. 244 1.2 Soldadura blanda y fuerte.............................................................................. 246 1.3 Soldadura blanda. .......................................................................................... 246 1.3.1

Proceso de la soldadura blanda. ..................................................... 247

1.3.2

Aplicación de la soldadura blanda. .................................................. 248

1.4 Soldadura fuerte. ........................................................................................... 248 1.4.1

Proceso de la soldadura fuerte. ....................................................... 249

1.4.2

Aplicaciones. .................................................................................... 249

1.5 Cordón de soldadura. .................................................................................... 250 1.5.1

Clasificación de los cordones de soldadura. ................................... 250

1.5.2

Recomendaciones para la ejecución de cordones. ......................... 252

1.6 Defectos en las soldaduras. .......................................................................... 254 1.7 Ensayos en las soldaduras. ........................................................................... 256

VIII

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

2

SOLDADURA POR REACCIONES QUÍMICA. ............................................ 259

2.1 Soldadura con llama. ..................................................................................... 259 2.1.1

Ventajas e inconvenientes de la soldadura con llama. .................... 259

2.1.2

Métodos de soldadura. .................................................................... 260

2.1.3

Zonas de la llama. ............................................................................ 260

2.1.4

Aplicaciones de la soldadura por llama. .......................................... 261

2.1.5

Equipo necesario en la soldadura con llama. .................................. 262

2.1.6

Metales de aportación...................................................................... 265

2.1.7

Fundentes. ....................................................................................... 265

2.2 Soldadura por explosión. ............................................................................... 266 2.2.1

Descripción del proceso................................................................... 266

2.2.2

Parámetros de control del proceso. ................................................. 268

2.2.3

Aplicaciones del proceso. ................................................................ 268

2.3 Soldadura aluminotérmica. ............................................................................ 269 3

SOLDADURA POR FUENTE ELÉCTRICA. SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO. ................................................................................................. 271

3.1 Tipo de corriente. ........................................................................................... 271 3.2 Soldadura por arco eléctrico con electrodo de carbón. ................................. 272 3.3 Soldadura por arco sumergido ...................................................................... 273 3.3.1

Materiales consumibles. .................................................................. 273

3.3.2

Aplicaciones. .................................................................................... 274

3.4 Soldadura por electroescoria. ........................................................................ 274 3.4.1

Materiales consumibles. .................................................................. 274

3.4.2

Aplicaciones. .................................................................................... 275

3.5 Soldadura a tope por chispa. ......................................................................... 275 3.5.1

Aplicaciones. .................................................................................... 276

3.6 Soldadura por arco eléctrico con gas de protección. .................................... 276 3.6.1

Propiedades de los gases de protección y su influencia en la soldadura. ........................................................................................ 276

3.6.2

Gases de protección. ....................................................................... 278

3.6.3

Ventajas soldadura por arco con protección gaseosa. .................... 278

3.7 Soldadura con electrodo de tungsteno y atmósfera inerte. ........................... 279 3.7.1

Tipos de corriente. ........................................................................... 279 IX

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

3.7.2

Electrodos. ....................................................................................... 280

3.7.3

Metal de aportación. ........................................................................ 281

3.7.4

Gas de protección. ........................................................................... 281

3.7.5

Equipo necesario para la realización de la soldadura TIG. ............. 282

3.7.6

Aplicaciones. .................................................................................... 283

3.8 Soldadura por plasma.................................................................................... 284 3.8.1

Pistola de soldadura por plasma...................................................... 285

3.8.2

Aplicaciones ..................................................................................... 285

3.9 Soldadura con hidrógeno atómico. ................................................................ 285 3.9.1

Equipo necesario para realizar la soldadura. .................................. 286

3.9.2

Aplicaciones. .................................................................................... 286

3.10 Soldadura con electrodo consumible y gas ................................................... 286

4

3.10.1

Metal de aportación. ........................................................................ 287

3.10.2

Gases de protección. ....................................................................... 287

3.10.3

Equipo necesario. ............................................................................ 288

3.10.4

Ventajas del proceso. ...................................................................... 288

SOLDADURA ELÉCTRICA. OTROS MÉTODOS DE SOLDADURA. ......... 289

4.1 Soldadura por haz de electrones ................................................................... 289 4.1.1

Parámetros de la soldadura por haz de electrones. ........................ 290

4.1.2

Soldadura con haz de electrones a presión atmosférica. ................ 290

4.1.3

Ventajas y aplicaciones de la soldadura por haz de electrones. ..... 290

4.2 Soldadura láser. ............................................................................................. 291

5

4.2.1

Ventajas de la soldadura láser......................................................... 292

4.2.2

Aplicaciones de la soldadura láser. ................................................. 293

SOLDADURA ELÉCTRICA. SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA. ................................................................................................. 294

5.1 Etapas y variables del proceso de soldeo. .................................................... 294 5.2 Variables del proceso de soldadura por resistencia eléctrica. ...................... 295 5.3 Ventajas de la soldadura por resistencia eléctrica. ....................................... 296 5.4 Soldadura eléctrica por puntos. ..................................................................... 296 5.4.1

Electrodos. ....................................................................................... 297

5.4.2

Tipos de soldadura eléctrica por puntos. ......................................... 297

X

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

5.5 Soldadura eléctrica por costura. .................................................................... 298 5.5.1

Métodos de soldadura por costura. ................................................. 299

5.5.2

Electrodos. ....................................................................................... 299

5.5.3

Aplicaciones ..................................................................................... 299

5.6 Soldadura eléctrica a tope. ............................................................................ 299 5.6.1

Aplicaciones. .................................................................................... 300

5.7 Soldadura de alta frecuencia. ........................................................................ 300 5.7.1 6

Aplicaciones. .................................................................................... 300

SOLDADURA POR ACCIÓN MECÁNICA. .................................................. 301

6.1 Soldadura por forja. ....................................................................................... 301 6.2 Soldadura por presión. .................................................................................. 301 6.3 Soldadura por fricción. ................................................................................... 301 6.3.1

Ventajas de la soldadura por presión. ............................................. 301

6.3.2

Aplicaciones de la soldadura por presión. ....................................... 302

6.4 Soldadura por ultrasonidos. ........................................................................... 303

7

6.4.1

Ventajas de la soldadura por ultrasonidos. ...................................... 303

6.4.2

Aplicaciones de la soldadura por ultrasonidos. ............................... 303

TÉCNICAS DE UNIÓN MIXTAS. .................................................................. 304

7.1 Weldbonding. ................................................................................................. 304 7.1.1

Consumibles. ................................................................................... 305

7.1.2

Aplicaciones. .................................................................................... 306

7.2 Arco-Láser. .................................................................................................... 307 7.2.1

Aplicaciones. .................................................................................... 307

7.3 MIG-Plasma. .................................................................................................. 307 7.3.1

Principio de funcionamiento. ............................................................ 308

7.3.2

Ventajas e inconvenientes del proceso. .......................................... 308

7.3.3

Equipo. ............................................................................................. 308

7.3.4

Aplicaciones. .................................................................................... 309

7.4 Unión mecánica + Adhesivo. ......................................................................... 309 7.4.1

Consumibles. ................................................................................... 310

7.4.2

Aplicaciones. .................................................................................... 311

XI

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. 1

PROCESOS PRINCIPALES EN LAS TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE. ......................................................................................................... 312

1.1 Corte por láser. .............................................................................................. 312 1.1.1

Tipos de corte por láser. .................................................................. 312

1.1.2

Ventajas e inconvenientes del corte por laser. ................................ 313

1.1.3

Requerimientos de la instalación. .................................................... 314

1.1.4

Aplicaciones del corte por laser. ...................................................... 315

1.2 Corte por plasma. .......................................................................................... 315 1.2.1

Clasificación de los proceso de corte por plasma. .......................... 315

1.2.2

Procedimiento para el corte por plasma. ......................................... 317

1.2.3

Maquinas para el corte por plasma.................................................. 318

1.2.4

Ventajas del corte por plasma. ........................................................ 319

1.2.5

Aplicaciones del corte por plasma. .................................................. 319

1.3 Corte por chorro de agua............................................................................... 319 1.3.1

Tipos de bombas utilizadas en el corte por chorro de agua. ........... 320

1.3.2

Procedimiento de corte por chorro de agua. ................................... 320

1.3.3

Maquinas para el mecanizado por chorro de agua. ........................ 320

1.3.4

Tipos de materiales que se pueden mecanizar con el mecanizado por chorro de agua. ................................................................................ 321

1.3.5

Ventajas del mecanizado por chorro de agua. ................................ 322

1.3.6

Aplicaciones del mecanizado por chorro de agua. .......................... 322

1.4 Oxicorte. ........................................................................................................ 322 1.4.1

Gases utilizados en el oxicorte. ....................................................... 323

1.4.2

Equipo para el oxicorte .................................................................... 324

1.4.3

Aplicaciones del oxicorte. ................................................................ 324

BLOQUE VI: METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN. 1

METROLOGÍA. ............................................................................................. 326

1.1 Tipos de Metrología. ...................................................................................... 326 1.2 Unidades del sistema internacional (SI) ........................................................ 327 1.3 Instrumentos de medición.............................................................................. 328 1.4 Características de instrumentos de medida. ................................................. 330 XII

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

1.5 Instrumentos de medición.............................................................................. 329 1.5.1

Reglas graduadas. ........................................................................... 330

1.5.2

Calibre pie de rey. ............................................................................ 331

1.5.3

Micrómetro Plamer. .......................................................................... 332

1.5.4

Máquinas de medir. ......................................................................... 335

1.5.5

Reglas optoelectrónicas................................................................... 336

1.5.6

Medición laser. ................................................................................. 336

1.6 Instrumentos de comparación. ...................................................................... 337 1.6.1

Instrumentos de comparación por amplificación mecánica. ............ 337

1.6.2

Instrumentos de comparación por amplificación neumática. ........... 338

1.7 Instrumentos de verificación. ......................................................................... 339 1.7.1

Instrumentos de verificación para dimensiones fijas. ...................... 340

1.7.2

Calibres fijos para roscas................................................................. 340

1.7.3

Calas patrón. .................................................................................... 341

1.7.4

Metrología óptica. ............................................................................ 341

1.8 Instrumento para el control de ángulos. ........................................................ 342 1.8.1

Control y medición de ángulos......................................................... 342

1.8.2

Verificadores de ángulos. ................................................................ 343

1.9 Control de superficies .................................................................................... 345 1.9.1 2

Control de paralelismo. .................................................................... 345

TOLERANCIAS Y AJUSTES. ....................................................................... 346

2.1 Tolerancias. ................................................................................................... 346 2.1.1

Posición de tolerancia. ..................................................................... 347

2.1.2

Calidades IT. .................................................................................... 348

2.1.3

Valores de tolerancia. ..................................................................... 349

2.1.4

Representación de las cotas en los ejes y agujeros........................ 351

2.2 Sistemas de ajuste. ....................................................................................... 351 2.2.1

Sistema de agujero único o agujero base. ...................................... 352

2.2.2

Sistema de eje único o eje base. ..................................................... 352

2.3 Ajuste móvil o con juego. ............................................................................... 353 2.3.1

Ajuste fijo o con aprieto.................................................................... 354

2.3.2

Ajuste indeterminado. ...................................................................... 355

XIII

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA ÍNDICE

BLOQUE VII: AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN. 1

CONTROL NUMÉRICO (CN). ....................................................................... 357

1.1 Programación en C.N. ................................................................................... 357 1.1.1

Programación manual. ..................................................................... 358

1.1.2

Programación automática. ............................................................... 362

1.2 Fases de la programación. ............................................................................ 362 1.3 Ventajas del Control numérico....................................................................... 363 2

MÁQUINAS DE CONTROL NUMÉRICO. ..................................................... 364

2.1 Componentes de una MHCN......................................................................... 365 2.1.1

Componentes de la MH. .................................................................. 365

2.1.2

Dispositivo de control numérico. ...................................................... 368

2.2 Ventajas e inconvenientes de las máquinas herramientas con CN. ............. 369

XIV

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.

BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. 1

INTRODUCCIÓN AL MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.

El mecanizado por arranque de virutas, se realiza partiendo de productos semielaborados a los que se le da la forma definitiva, quitando el material sobrante de acuerdo con el plano de la pieza que se desea obtener. En la actualizad se tiende a producir piezas totalmente terminadas por moldeo o deformación en frio, puesto que el mecanizado por arranque de virutas es un proceso más costos. Sin embargo, es el único procedimiento de que se dispone para realizar piezas con gran precisión de medidas, por lo que se sigue utilizando mucho para dar a las piezas, conformadas por otros procedimientos, detalles y cotas exactas.

1.1

Materiales mecanizables.

De forma general, se puede resumir en tres grandes grupos los materiales mecanizables. 1. Metales: La mayoría de los metales y sus aleaciones pueden conformarse por arranque de material, sin embargo en algunas ocasiones es necesario aplicarle a estos un tratamiento térmico previo, debido a que no todos los materiales se dejan trabajar con igual facilidad, o sea que no tienen la misma maquinabilidad. Generalmente los aceros son los materiales que más se conforman por mecanizado y a su vez los que presentan mayor complejidad al aplicárselo. Grupos de metales mecanizables. • Aceros al carbono. • Aceros aleados. • Aceros inoxidables. • Fundición. • Aleaciones termo resistente y de alta resistencia. • Aceros aleados de alta resistencia. • Metales refractarios aleados. (Columbium, Tantalio, Molibdeno y Wolframio). • Aceros al titanio aleados.

15

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.

• Aceros de alta resistencia en base cobalto o níquel. • Aleaciones de Titanio. • Aleaciones de aluminio, cobre, níquel, magnesio, uranio, cinc. • Composites (requiere herramientas especiales). 2. Plásticos y compuestos plásticos. 3. Cerámicos, a los que preferiblemente se les aplica el mecanizado abrasivo

1.2

Maquinabilidad de los metales.

La maquinabilidad no responde a una e individual característica sino a un conjunto de características distintas, cada una de las cuales puede variar independientemente de las demás. Esto comporta serias dificultades para dar una definición de maquinabilidad y además para preparar los medios y procedimientos adecuados para permitir una precisa y válida medida de esta propiedad. Se le podría definir como la aptitud de metales aleaciones, para ser conformados por mecanización en máquinasherramientas o sea por arranque de material. En condiciones normalizadas, se mide por medio de ensayos, valorándolos según alguna de las siguientes características: • Duración del afilado de la herramienta. • Velocidad de corte que debe aplicarse para una duración del afilado de la herramienta. • Fuerza de corte de la herramienta. • Trabajo de corte. • Temperatura de corte. • Producción de viruta. La maquinabilidad no depende solamente de las características intrínsecas del material, ya que las condiciones de corte y las características de la herramienta, pueden determinar notables y profundas variaciones en la máquina. Además del topo de herramienta, sobre la maquinabilidad influyen los siguientes factores: 1. Composición química del material: Los elementos que más influencia ejercen sobre la maquinabilidad de los aceros son el carbono, el manganeso, el azufre, fósforo y plomo, el resto de los elementos hasta una proporción superior al 0,5% no afectan a ésta. 16

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.

• El carbono gasta un 0,3% aumenta la maquinabilidad. • El manganeso hasta un 0,05% al combinarse con el azufre, disminuye la plasticidad de la ferrita con lo cual mejora la maquinabilidad, pero al superar el 1% lo reduce rápidamente y hace imposible mecanizarlos al superar el 10% • El azufre en proporciones superiores al 0,2% e inferiores al 0,4% mejora mucho la maquinabilidad, ya que los sulfuros de hierro y los silicosulfuros al quedar en las juntas de grano debilitan la cohesión de los mismos. • El fósforo en proporciones de hasta un 0,12% también aumenta la maquinabilidad. • El plomo es insoluble en los aceros, quedando emulsionado en los mismos, formando pequeñas bolas que lubrican el corte. Se emplea en proporciones del 0,25%. 2. Construcción de los materiales: la estructura que más favorece la maquinabilidad de los aceros con un contenido de carbono inferior al 0,3% es la perlita laminar, si el contenido en carbono es del 0,3 al 0,45% sería la formada por perlita laminar mezclada con cementita globular. Siendo esta última la idónea en porcentajes superiores de carbono. 3. Inclusiones contenidas: dependiendo de la naturaleza de las inclusiones los aceros que las contengan serán más o menos maquinables. Las inclusiones de silicatos y alúminas la disminuyen y los sulfuros en general, simples o complejos la mejoran. 4. Dureza: si el material es demasiado blando la viruta se desprende con dificultad, y se poseen una dureza superior a 50 HRc (HRc: Dureza Rockwell C). la maquinabilidad va reduciéndose hasta llegar a ser imposible mecanizar aceros con durezas superiores a 70 HRc. 5. Acritud; como la acritud va en relación directa con la dureza, a mayor acritud mayor dureza, luego cuanto mayor sea la relación entre el cociente del límite elástico y la resistencia mecánica, mayor será por tanto la maquinabilidad. 6. Tamaño de grano; se admite en general que el aumento del tamaño del grano mejora la maquinabilidad.

1.3

Tipos de mecanizados.

Según el acabado superficial con el que se ha de obtener la pieza terminada, se distinguen tres tipos de mecanizado:

17

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.

1. Desbastado: El material eliminado es del orden de milímetros o décimas de milímetros, cuya finalidad es aproximar las dimensiones de la pieza a la medida final. 2. Acabado: Con el objetivo de obtener, no solo las medidas finales de la pieza, sino también poca rugosidad en la superficie, el material eliminado es del orden de centésimas de milímetro, utilizando cuchillas de corte que trabajaran con velocidades de avance bajas y velocidades de corte más altas que en el desbaste. 3. Súper acabado o rectificado: Con la finalidad de alcanzar medidas muy precisas y buen acabado superficial, el material rebajado es del orden de milésimas de milímetro y las velocidades de avance y de corte, con que se trabaja son muy altas, desprendiéndose partículas de material por abrasión.

1.4

Procesos empleados en el mecanizado por arranque de material.

Una de las clasificaciones que se puede emplear para distinguir los procesos empleados en la conformación por arranque de material; puede ser la correspondiente a la tabla 1.1: Torno M-H1 con movimiento de corte circular

Fresadora Taladradora Mandrinadora

Mecanizado con contacto directo

Limadora M-H1 con movimiento de corte rectilíneo

Cepilladora Brochadora Mortajadora

Mecanizado con abrasivos Mecanizado sin contacto directo

Mecanizado por electro-erosión

18

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Mecanizados especiales

Mecanizado electrolítico

Súper Abrasivos Equipos con cinemática avanzada (HEXÁPODOS) Nuevas tendencias

Mecanizado de Alta Velocidad (M.A.V.) Mecanizado en seco Mecanizado de precisión y ultra-precisión.

1

M-H: Máquinas-herramientas.

Tabla 1.1 Clasificación de los procesos empleados en la conformación por arranque de material.

19

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.

2

MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL: CON CONTACTO DIRECTO.

2.1

Herramientas de corte. Estudio del arranque de material.

Por herramientas se entiende a aquel instrumento que por su forma especial y por su modo de empleo, modifica paulatinamente el aspecto de un cuerpo hasta conseguir el objeto deseado, empleando el mínimo de tiempo y gastando la mínima energía. El material arrancado por medio de cuchillas se realiza en forma de tiras más o menos continuas denominadas virutas. La separación de una tira de viruta se denomina pasada, su anchura de corte, su espesor profundidad de corte y la dirección de ataque avance. 2.1.1 Elementos principales de las herramientas de corte. Las partes fundamentales de una cuchilla son: • Filo: Es la arista cortante en posición de corte frontal de la cuchilla respecto a la pieza. • Superficie de desprendimiento o ataque: Es la cara de la cuña sobre la que desliza el material desprendido cortado frontalmente. • Superficie de incidencia: Es la cara de la cuña que queda frente a la superficie trabajada de la pieza en corte frontal. • Corte principal: Es la arista de corte de la cuchilla en posición de corte lateral respecto a la pieza. • Contrafilo: Denominado también corte secundario, es la otra arista de la cuchilla que forma la punta cortado lateralmente. 2.1.2 Geometría de la herramienta de corte. Cuando hablamos de geometría de corte, nos referimos específicamente al perfil que la plaquita tiene si la observamos en un corte transversal. Este labrado que encontramos en la parte superior, es quien provocará el correcto desprendimiento y rotura de la viruta, dependiendo sus formas del tipo de mecanizado al que está destinado el inserto. En la siguiente figura (Figura 2.1) podemos ver las distintas formas que pueden tener las plaquitas.

20

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.

Figura 2.1 Formas disponibles para las plaquitas.

El radio de la punta afecta al acabado superficial de la pieza. Para operaciones de acabado, se usan los valores menores, en cuanto para desbaste y desbaste pesado se emplean los valores de radio altos. Un radio de corte más grande ofrece un filo fuerte, resistente a avances importantes, en tanto que con un valor bajo consigo realizar cortes más finos. 2.1.3 Características de trabajo de las herramientas de corte. Las características principales son: • Arrancar la mayor cantidad de material en el menor tiempo. • Dejar perfectamente acabada la superficie y con la mayor precisión de medidas. • Mecanizar cualquier clase de material por duro que sea. • Terminar el trabajo con el menor número de afilados posibles. • Realizar las operaciones al menor costo. • Químicamente inerte con la pieza. • Químicamente inerte estable ante la oxidación. Estas características deben satisfacer las siguientes funciones: • Garantizar la obtención de medidas precisas y superficies bien acabadas. • Ofrecer máximo rendimiento con el mínimo desgaste. • Capaz de absorber elevadas temperaturas. En conseguir estos objetivos depende en gran parte del material de que se constituyen las herramientas, las cuales se seleccionan en función del tipo de herramienta y máquina a utilizar, clase de trabajo y material a mecanizar. 21

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.

2.1.4 Materiales para las herramientas de corte. La elección del material es uno de los problemas más delicados ya que los factores que intervienen son tanto de índole técnica como económica. Como el tipo de material está estrechamente ligado a la velocidad de corte a adoptar y ésta a su vez depende de la temperatura a la que se someterá a la herramienta, ello determina una correspondencia entre materiales y tiempo de mecanizado. Por otra parte, los materiales para herramientas que permiten velocidades mayores y, por tanto, tiempos menores tiene un coste superior. Los requisitos a considerar para las herramientas de corte son las siguientes: • Dureza a elevada temperatura: Un material para cortar a otro debe ser más duro que éste. En los metales y aleaciones la dureza se reduce mucho, así como la resistencia al elevarse la temperatura. Este fenómeno provoca una considerable limitación en las prestaciones de los materiales para herramientas. • Resistencia al desgaste: La duración de la herramienta está ligada a la marcha del desgaste que modifica, de hecho, la geometría y las prestaciones hasta el punto de provocar su rotura. • Resistencia: Debe alcanzar valores tales que impidan la rotura del filo por fragilidad, lo cual puede suceder especialmente en el corte ininterrumpido. • Coeficiente de rozamiento: Es un requisito importante en un material de herramienta debiendo ser lo más reducido posible. • Propiedades térmicas. La conductividad tiene importancia a la hora de establecer rápidamente el equilibrio térmico entre los puntos de mayor calentamiento y las restantes partes de la herramienta, así como también son de importancia el calor específico y el coeficiente de dilatación. Los materiales utilizados en la fabricación de cuchillas para el mecanizado por arranque de viruta mediante cuchillas, son los siguientes: 1. Aceros al carbono: Poseen un contenido de carbono de 0,9 al 1,4 %. Si están correctamente tratadas estas herramientas poseen gran dureza, buena tenacidad y resistencia al desgaste, pero no pueden emplearse cuando trabajen a temperaturas superiores a 250 º C. Se emplean en los casos siguientes: • En pequeñas series o en trabajos aislados. • En operaciones de acabado a pequeña velocidad o trabajos muy delicados.

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• Cuando se exige de las herramientas ángulos muy limpios. 2. Aceros aleados: Además del carbono contienen cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. En su mayoría se ablandan y desafilan a temperaturas superiores a los 250 º C. Existen tres tipos principales: • Indeformables; se emplean para la conformación de piezas de precisión. Se deforman menos que los aceros al carbono y poseen una resistencia al desgaste 6 veces mayor. • Al wolframio; se emplean para fabricación de brocas. • Semirápidos; las herramientas que contienen un 9 a 11 % de wolframio y 3,5 a 4,5 de cromo se emplean en la fabricación de cuchillas con rendimiento y velocidad de corte muy poco inferiores a las de los aceros rápidos. 3. Aceros rápidos: Trabajan a temperaturas hasta de 600 º C manteniendo su dureza y filo inicial, lo cual permite disponer de velocidades de trabajo mayores que las de los demás aceros. 4. Estelitas: Son aleaciones cromo-cobalto-wolframio con un tanto por ciento inferior de otros elementos como hierro, carbono, silicio y manganeso. Se fabrican por fusión a temperaturas superiores a 1300 º C ya que no pueden mecanizarse nada más que por muelas. Son insensibles a los tratamientos térmicos. Permiten trabajar los metales con velocidades superiores a la de los aceros rápidos ya que soportan temperaturas de hasta 700 º C sin perder el filo. Tienen el inconveniente de ser más frágiles que estos últimos. 5. Carburos metálicos: Los carburos metálicos sinterizados están compuestos por carburos de wolframio y un metal auxiliar generalmente cobalto que sirve de liante o aglomerante. Hay otros tipos que además de carburo de wolframio contienen otros carburos de titanio, etc. y el metal auxiliar. Sus características son: • Elevadísima dureza, que mantiene hasta temperaturas de 600 º C. • Alta resistencia a la compresión. • Excelente resistencia al desgaste y a la corrosión. • Escasa resistencia al choque. • Conductividad térmica igual y tal vez superior a la de los aceros. 6. Diamantes policristalinos: Se emplean para mecanizar ebonita (resina plástica), determinados bronces, aleaciones de aluminio, etc. generalmente para operaciones de acabado en la que se pueden obtener tolerancias de 2 micras con superficies mejor acabadas que con las

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MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.

rectificadoras. Tienen el inconveniente de la fragilidad del diamante, de ahí que su empleo quede limitado a pasadas continuas y en máquinas carentes de vibraciones. Los diamantes en forma de pastilla se montan en mangos de acero y con el fin de disminuir riesgos de rotura al ser altamente frágiles no acaban en punta viva sino redondeada. 7. Materiales cerámicos: Bajo la denominación de materiales cerámicos o cerámicas de corte, se pueden considerar: • Cermets: Son materiales sinterizados constituidos por un componente no metálico (óxidos, silicatos, carburos de silicio y de cromo) y por componentes metálicos de elevado punto de fusión. Los cermets que tienen mejores características de aplicación a las herramientas se obtienen por la sinterización de óxidos de aluminio, junto con carburos de molibdeno o vanadio. • Óxidos sinterizados: El más apropiado para la fabricación de herramientas es el óxido de aluminio, alúminas sinterizadas casi puras, o también, un óxido de alúminas casi puras. A este se añaden otras sustancias como óxido de cromo, de hierro o de titanio. La característica de estos óxidos sinterizados más destacable son: -

Conductividad térmica muy baja, que tienen valores muy bajos parecidos a los de los aislantes térmicos.

-

Coeficiente de sinterizados.

-

Tienen el inconveniente de su excesiva fragilidad. Se presentan en forma de plaquitas que se emplean soldadas a sus mangos con resinas epoxi o bien sujetas por medios mecánicos. Se emplean en el torneado de fundiciones y aceros. También para mecanizar el cobre, sus aleaciones y metales ligeros

rozamiento

menor

que

los

carburos

8. Nitruro de boro cúbico: Producido bajo la acción de elevadas temperaturas y presiones en presencia de un catalizador. La plaquita está constituida por un soporte de carburo con una fina capa de nitruro de boro cúbico. La dureza de este material es superada sólo por el diamante. Es frágil pero poco reactivo con la pieza. Su elevada estabilidad térmica le permite trabajar durante largos periodos de tiempo a temperaturas de 1000 a 1100 º C. La simbología para cada plaquita o herramienta de corte en función del tipo de material que estén fabricadas, serán las correspondientes a la tabla 2.1.

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Materiales

Símbolos

Metales duros recubiertos

HC

Metales duros

H

Cermets

HT, HC

Cerámicos

CA, CN, CC

Nitruro de boro cúbico

BN

Diamantes policristalinos

DP, HC

Tabla 2.1 Simbología para las plaquitas en función del tipo de material.

Como hay tanta variedad en las formas geométricas, tamaños y ángulos de corte, existen una codificación normalizada compuesta de cuatro letras y seis números donde cada una de estas letras y números donde cada una de esas letras y números indica una característica determinada del tipo de plaquita correspondiente. Primera letra Forma geométrica C

Rómbica 80º

D

Rómbica 55º

L

Rectangular

R

Redonda

S

Cuadrada

T

Triangular

V

Rómbica 35º

W

Hexagonal 80º

Tabla 2.2 Simbología correspondiente a la forma geométrica.

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Segunda letra Angulo de incidencia A



B



C



D

15º

E

20º

F

25º

G

30º

N



P

11º

Tabla 2.3 Simbología correspondiente a la forma geométrica.

Tercera letra

Tolerancia dimensional

J

Menor

K L M N U

Mayor

Tabla 2.4 Simbología correspondiente a la tolerancia dimensional.

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Cuarta letra Tipo de sujeción A

Agujero sin avellanar

G

Agujero con rompevirutas en dos caras

M

Agujero con rompevirutas en una cara

N

Sin agujero ni rompevirutas

W

Agujero avellanado en una cara

T

Agujero avellanado y rompevirutas en una cara

N

Sin agujero y con rompevirutas en una cara

X

No estándar Tabla 2.5 Simbología correspondiente al tipo de sujeción.

La parte numérica de dicha designación tiene la siguiente estructura: • Las dos primeras cifras indican en milímetros la longitud de la arista de corte de la plaquita. • Las dos siguientes indican en milímetros el espesor de la plaquita. • Las dos últimas indican en décimas de milímetro el radio de punta de la plaquita. A este código general el fabricante de la plaqueta puede añadir dos letras para indicar la calidad de la plaqueta o el uso recomendado. Un ejemplo de designación completa de una plaquita sería la siguiente:

C

N

M

G

09

03

08

Tabla 2.2

Tabla 2.3

Tabla 2.4

Tabla 2.5

Long. corte

Espesor plaquita

Radio punta

27

-

HT Tabla 2.1

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2.1.5 Ángulos de corte en las cuchillas. Los ángulos de corte están representados en la figura 2.1. El ángulo de ataque es el que forma la herramienta con la normal a la superficie de la pieza.

ᵹ : ángulo de desprendimiento. α: ángulo de incidencia. β: ángulo de filo. α+β: ángulo de corte.

Figura 2.2 Ángulos de corte en las cuchillas

El ángulo de desprendimiento puede ser positivo o negativo, según la cuchilla esté inclinada a la derecha o a la izquierda de la normal. El ángulo de ataque es determinante de la clase de viruta; oscila entre 0° y 45°, dependiendo de la dureza y tenacidad del metal. El ángulo que forma la herramienta con la superficie de la pieza se llama ángulo de incidencia. Este ángulo tiene como misión disminuir el rozamiento entre la herramienta y el material; su valor oscila entre 4° y 10°, dependiendo del material de la herramienta y de la dureza del metal que se trabaja. Al ángulo correspondiente a la cuña que forman las caras de la herramienta se le llama ángulo de filo. Según sea el valor de este ángulo, así será la penetración. La suma de los tres ángulos es de 90°. El ángulo de fi lo depende de los otros dos. No debe ser demasiado pequeño, pues puede romperse la herramienta. Ha de oscilar entre 50° y 60°. A la suma de los ángulos alfa y beta se le denomina ángulo de corte. Para muchos materiales estos valores están tabulados. En la siguiente tabla (tabla 2.6) se presentan algunos valores de herramientas de acero rápido y de metal duro, con el ánimo de diferenciar sus valores.

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Material de la herramienta Material a mecanizar

Acero Rápido

Metal duro

Incidencia Desprendimiento Incidencia Desprendimiento Acero al carbono R= 50 Kg/mm 2



25º

***

***

Acero al carbono R= 60 Kg/mm 2



20º



12º

Acero al carbono R= 70 Kg/mm 2



15º



10º

Acero al carbono R= 80 Kg/mm 2



10º



10º

Fundición gris 140 HB



15º



10º

Fundición gris 180 HB



10º





Bronce duro, Latón agrio







10º

Aluminio, Cobre

10º

30º



15º

Latón en barra



20



10º

Tabla 2.6 Ángulos para las herramientas de acero rápido y de metal duro en función del material a mecanizar

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2.1.6 Influencias de los ángulos de la cuchilla en el mecanizado. La variación de los ángulos que forman entre sí los planos principales del extremo afilado de la cuchilla elemental influye mucho en el desarrollo del trabajo de ésta. Los ángulos que más influyen son el ángulo de incidencia y el ángulo de desprendimiento. • Influencia del ángulo de incidencia: Si es demasiado pequeño, la cuchilla no penetra bien y roza excesivamente con la pieza, lo que conlleva un aumento de temperatura y por tanto la cuchilla se desafila antes. Igualmente si éste es demasiado grande resulta un filo frágil, ya que no está suficientemente apoyado para resistir las fuerzas de corte. Cuanto más duro es el material a mecanizar, menor debe ser el ángulo de incidencia, para que así pueda resistir mejor la fuerza de corte. • Influencia del ángulo de desprendimiento: En primer lugar influye, en el ángulo de doblado de la viruta, que es complementario. Si es demasiado pequeño la energía consumida es excesiva, calentándose la herramienta más de lo normal. En cambio si es más grande, y el filo queda muy debilitado, la viruta se separa mejor, obteniéndose un mejor acabado superficial. Con el fin de evitar la rotura del filo en las herramientas frágiles, como pueden ser los carburos metálicos, se ensayaron ángulos de desprendimientos negativos, hasta conseguir que las fuerzas actuasen solamente a compresión sobre la herramienta. Factores que influyen en el ángulo de desprendimiento. Este ángulo depende de los siguientes factores: -

Resistencia del material herramienta.

-

Material a mecanizar.

-

Avance.

Cada factor influirá de una manera distinta a cada característica, como son:  Influencia del material mecanizado. Cuanto más duro sea éste, mayores serán las fuerzas de corte y, por tanto, tendrá que ser mayor la sección de la herramienta capaz de resistir estos esfuerzos, lo que se conseguirá disminuyendo el ángulo de desprendimiento. Existen dos excepciones y es cuando el material a mecanizar es bronce o bien fundición de hierro, con todas sus variedades, el acero inoxidable, los aceros rápidos recocidos y algunos otros tipos de aceros muy resistentes. En los primeros, es decir, en la mecanización de bronces el ángulo de desprendimiento es casi nulo y en los segundos también es más pequeño de lo normal.

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 Influencia del avance. Al cortar la cuchilla lateralmente a la pieza y cuando tiene el filo inclinado, el espesor de la viruta depende del avance por vuelta. Por lo tanto, cuanto mayor sea el avance, menor ha de ser el ángulo de desprendimiento, con el fin de ofrecer mayor resistencia las fuerzas de corte que se originan. 2.1.7 Duración de la herramienta. La duración de la herramienta entre dos afilados consecutivos puede valorarse según los siguientes criterios: • Tiempo efectivo o total de mecanizado. • Volumen de material arrancado. • Número de piezas mecanizadas. • Velocidad de corte equivalente, es decir, la velocidad de corte a la que la herramienta tendría una duración preestablecida, expresada en tiempo efectivo. • Velocidad de corte relativa, es decir, la velocidad a la cual la herramienta presenta la misma duración tanto para el material que se ensaya como para un material de referencia a igualdad de las restantes condiciones de corte. 2.1.8 Desgaste y afilado de las herramientas de corte. Como resultado del rozamiento de la viruta con la cara de desprendimiento de la cuchilla y de las caras de incidencia de la misma con la superficie de la pieza a trabajar, se desgasta la parte de trabajo de la cuchilla. Para el afilado de las cuchillas se usa la máquina afiladora-rectificadora. Para garantizar una posición estable de la cuchilla que se afila, en la máquina se encuentra un dispositivo especial llamado apoya manos Al afilar la cuchilla es necesario presionar ligeramente la superficie que se afila contra la muela en rotación y, para que el desgaste de esta última sea más uniforme y la superficie que se afila resulte plana, la cuchilla se debe desplazar continuamente a lo largo de la superficie de trabajo de la muela. Se afilan primeramente las caras principales y auxiliares de incidencia, a continuación la cara de desprendimiento y el vértice de la cuchilla. Después del afilado se efectúa el afinado de la cuchilla, consistente en el esmerilado de las caras de desprendimiento a incidencia en una parte estrecha a lo largo del borde cortante, lo que garantiza la rectificación del filo y la elevación de 31

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la durabilidad de la cuchilla. El acabado de afinado se efectúa en las muelas de acabado de diamantes. La geometría de la cuchilla después del afilado se comprueba con plantillas especiales, transportadores de ángulos y otros instrumentos. El afilado de las cuchillas lo tienen que realizar solamente aquellos obreros que conozcan las instrucciones sobre la técnica de seguridad Para trabajar con la máquina afiladora hay que observar los siguientes requisitos de seguridad: • Antes de comenzar el afilado de la herramienta hay que asegurarse del buen estado de lodos los mecanismos y dispositivos de la máquina, incluso de la cubierta protectora de la muela y el sentido correcto de rotación de la misma (la muela debe girar hacia la cuchilla); • Comprobar la colocación correcta del apoya manos: la holgura entre la cara de trabajo de la muela y el extremo del apoya manos no debe exceder de 3 mm. • Se permite una nueva colocación del apoya manos solamente después de que la muela esté parada por completo; se prohíbe trabajar en una máquina de afilar sin apoya manos ni cubierta protectora; • Durante el afilado se debe cerrar la zona del afilado instalando una pantalla protectora transparente o ponerse gafas protectoras. Es imprescindible observar las siguientes reglas para el use de las cuchillas: • Antes de conectar el avance, es necesario apartar la cuchilla de la pieza, lo qua protege el borde de corte contra el desmenuzamiento; • Se recomienda afilar periódicamente la cuchilla con una barra abrasiva de grano fino directamente en el portacuchillas, lo qua alarga la duración de servicio de la cuchilla; • Se prohíbe dejar qua el borde de incidencia de la cuchilla se desgaste considerablemente, es necesario re afilar esta última antes de qua comience a destruirse el borde de corte, o sea, con una anchura de la partes desgastada de la cara de incidencia principal de la cuchilla 1,5 mm; • Se prohíbe emplear las cuchillas como guarniciones, • La cuchilla de aleación dura se debe entregar al almacén, cuando la plaquita de aleación dura se ha separado del mango. • Se prohíbe colocar las cuchillas sin orden (en montón) en la caja para las herramientas.

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2.1.9 Criterios para determinar la vida de la herramienta. La duración económica de la herramienta puede ser definida con ayuda de los siguientes criterios: • Destrucción total del filo, con esta condición la herramienta no puede trabajar más sin afilado. Este criterio es aplicable a herramientas de aceros rápidos y máquinas no automáticas. • Dimensiones preestablecidas de la franja de desgaste y del cráter. Al aumentar la anchura de la franja de desgaste, aparecen modificaciones en las dimensiones de las piezas, esto es muy importante en las máquinas automáticas. • Acabado superficial de la pieza, las variaciones de calidad de la pieza en su superficie, indican un deterioro de la herramienta. La aparición de este criterio no es fácil, ya que el acabado superficial de la pieza no varía uniformemente con el desgaste de la herramienta. • Variaciones de las fuerzas de corte, ya que éstas varían a causa del desgaste. 2.1.10

Tratamientos térmicos para las herramientas de corte.

Las herramientas de acero se templan siempre y revienen para darles la dureza y tenacidad adecuadas. Algunas veces las herramientas de aceros rápidos una vez templadas y revenidas, se someten a tratamientos superficiales como son la nitruración sulfinización para darles mayor dureza y resistencia al desgaste. Existe otro tratamiento superficial, el cromado duro el cual aumenta la resistencia al desgaste y disminuye el coeficiente de rozamiento. Pero se utiliza más para la restauración de herramientas desgastadas. 2.1.11

Recubrimiento de las herramientas de corte.

Hay dos factores que deben ser considerados en la evaluación de recubrimientos de insertos: los materiales usados y el proceso mediante el cual son aplicados. Ambos influyen en el rendimiento del sistema del inserto. El mismo recubrimiento actúa como interfaz entre la pieza de trabajo y la herramienta de corte. Según la aplicación, los recubrimientos pueden proporcionar resistencia al desgaste, a la abrasión, a la formación de cráteres, a la acumulación de adherencias en el filo, a la resistencia química, o una simple reducción de la fricción que disminuye las temperaturas de corte.

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Las características principales de los recubrimientos se resumen en los siguientes puntos: • Aumentan la dureza en los filos de corte de la herramienta. • Facilitan la disipación del calor acumulado en el filo de corte. • Baja conductividad térmica que favorece la eliminación del calor a través de la viruta. • Aumentan la resistencia a la abrasión, disminuyen la afinidad herramienta-pieza. • El grosor del recubrimiento varía entre 0.002 mm y 0.01 mm. •

Los recubrimientos se aplican mediante deposición química de vapor o deposición física de Vapor.

Los recubrimientos más usuales son: 1. Recubrimientos de TiAlN: Son los que más se utilizan actualmente, y poco a poco van dejando atrás los demás. Los recubrimientos TiAlN multicapa están remplazando los de TiCN, y los monocapa a los de TiN. TiAlN (multicapa y monocapa) son recubrimientos extraduros (PVD) basados en nitruro de titanio aluminio que destacan por su dureza, estabilidad térmica y resistencia a ataques químicos. Protegen las aristas de corte por abrasión y adhesión así como por carga térmica. -

Multicapa: combina la elevada tenacidad de la estructura multicapa, con su alta dureza HV (Dureza Vickers) 3.000 y la buena estabilidad térmica, 800º C, y química de la capa TiAlN. Así protege las herramientas de corte de acero rápido y metal duro contra el desgaste prematuro producido por tensiones severas. Debido a su estabilidad térmica, permite trabajar en mecanizados a altas velocidades e incluso en seco o con mínima cantidad de lubricante.

-

Monocapa: desarrollado para su aplicación en fresas de metal duro utilizadas en condiciones de mecanizado severas. Su elevada dureza, HV 3.500, y notable estabilidad térmica, 800º C, y química hacen que sea óptimo para las fresas que se utilizan en el mecanizado de materiales térmicamente tratados empleados, como por ejemplo en moldes, punzones, matrices y utillajes de forja.

2. Recubrimiento de diamante: Se utiliza en herramientas para mecanizar materiales muy abrasivos como el grafito. Durante el mecanizado de estos materiales las herramientas se desgastan rápidamente y la calidad de las superficies mecanizadas y la precisión dimensional son pobres. 34

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Con las herramientas recubiertas de diamante, un recubrimiento cuya dureza es superior a los 8.000 Vickers, además de obtener una vida útil más larga y poder aumentar las velocidades de corte. 3. Recubrimiento WC/C: Realizado por deposición física al vapor a temperaturas alrededor de los 200º C. Al realizarse el proceso de recubrimiento en alto vacío, las propiedades del recubrimiento son sustancialmente mejores que las logradas a presión atmosférica (proyección térmica), o en gases y baños (nitruración, galvanizado). Los recubrimientos tienen un espesor de capa de solo unas micras de espesor y son la última operación dentro de los componentes de precisión. Este recubrimiento presenta una combinación única de características: bajo coeficiente de fricción, alta resistencia al desgaste, una excelente capacidad de carga. 4. Recubrimientos de TiAlN monocapa combinado con WC/C: Este recubrimiento hace frente a todos aquellos mecanismos de desgaste que se dan en la formación y evacuación de viruta. Este recubrimiento combina la alta dureza y estabilidad térmica del recubrimiento TiAlN con las buenas propiedades de deslizamiento y lubricación del recubrimiento WC/C. Se utiliza sobre todo en taladrados y roscados. En la siguiente tabla se representan los datos característicos de cada tipo de recubrimiento citado anteriormente. TiAIN Recubrimiento

TiN

TiCN

WC/C

(monocapa)

+WC/C)

TiAIN

TiAIN

(multicapa)

(monocapa)

Microdureza

2300

3000

1000

1000-2600

3000

3500

µacero

0.4

0.4

0.2

0.2

0.4

0.4

Tmax trabajo

600 ºC

400 ºC

300 ºC

1000 ºC

800 ºC

800 ºC

Color

oro

Azulgris

Gris claro

Gris oscuro

Violetagris

Purpuragris

Espesor recubrimiento

1-4 µm

1-4 µm

1-4 µm

2-6 µm

1-5 µm

1-3 µm

Tabla 2.7 Características principales de los recubrimientos para las herramientas de corte, en el mecanizado por arranque de material. (µacero: coeficiente de rozamiento contra el acero)

Existen cuatro tecnologías principales utilizadas en la industria actual de las herramientas de corte. Se diferencian primordialmente por la temperatura a la cual operan. Esto es importante porque la temperatura del recubrimiento influye directamente en el desempeño de las propiedades del sustrato. La tecnología de 35

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recubrimiento más común es la deposición química por vapor, o CVD, que opera a una temperatura de aproximadamente 1000° C. Casi ta n común como la anterior es la deposición física por vapor, o PVD, que opera en el otro extremo del espectro de temperatura, en el rango de los 400° C. Entre estos extremos, están los otros dos procesos emergentes de recubrimiento, que prometen aumentar el desempeño de los sistemas de insertos. La deposición química por vapor asistida por plasma, o PCVD, bien aceptada en Europa, y ahora explorada en Estados Unidos. El PCVD opera en el rango de los 600° C. Finalmente, se encuentra la de posición química media por vapor, o MTCVD, que es una tecnología emergente; trabaja en el rango de los 800° C. Los recubrimientos extraduros surgen y evolucionan debido a la necesidad constante de aumentar la vida productiva de las herramientas, disminuyendo los tiempos de producción, costos y paros por mantenimiento. El compuesto que alcanzó mayor expansión y popularidad fue el de TiN (nitruro de titanio). Su color dorado abrió grandes expectativas en cuanto a su uso, ya que el atractivo color se sumó a la elevada dureza superficial. Actualmente los tratamientos superficiales buscan la optimización, en especial en la creciente aplicación de los recubrimientos PVD, siendo ahora no solo dorados y ofreciendo una amplia gama de materiales base. 1. Proceso PVD: Este es un proceso por arco eléctrico y/o pulverización catódica. El medio de evaporación durante la etapa de recubrimiento es siempre físico. Por ello la denominación genérica de: proceso de deposición física en fase vapor. Las etapas del proceso son las siguientes: -

Carga del reactor.

-

Alto vacío (10-5 mbar mínimo).

-

Calentamiento-desgasificación de las piezas.

-

Decapado iónico.

-

Recubrimiento.

-

Enfriamiento y descarga.

Esta técnica se confunde, en ocasiones, con tratamientos en baños químicos, electrolíticos o galvánicos realizados en instalaciones abiertas. Las instalaciones PVD son herméticas, recubren a presiones muy bajas (10-2-10-3 mbar) y las reacciones se consiguen ionizando los reactivos (estado plasmático). La característica particular del recubrimiento PVD (Physical Vapour Deposition) es la alta estabilidad dimensional de las herramientas, dado que es posible una aplicación de capa por debajo de la temperatura de

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revenido ya que las temperaturas a las que se realiza el recubrimiento se encuentran entre 200-500º 200 C.

Figura 2.3 2. Funcionamiento del proceso PVD.

2. Proceso CVD: (Chemical Chemical Vapour Deposition) Deposition (Deposición Deposición de materias duras en fase gaseosa). gaseosa). Los recubrimientos CVD parten de un compuesto (precursor) gaseoso o fácilmente evaporable del metal a obtener en la capa. pa. Los halogenuros y muy especialmente cloruros son los compuestos industriales más empleados (TiCI4, AIC3, BCI4...).. El compuesto gaseoso reacciona a temperaturas cercanas a 1.000 ºC con un reductor también en estado gaseoso (hidrógeno) para obtener iones iones metálicos. Los iones obtenidos in situ reaccionan a su vez con gases reactivos como hidrógeno, metano o mezclas de ambos formando el compuesto deseado. Este compuesto condensa sobre la superficie del substrato difundiendo en él debido a la alta temperatura. temperatu Esta difusión crea una zona intermedia en la que no se aprecia donde acaba el recubrimiento y donde empieza el sustrato: la adherencia entre ambos está asegurada. Transcurrido el tiempo necesario para conseguir el espesor de capa deseada, las piezas se enfrían en el reactor hasta la temperatura de descarga. Posteriormente y en condiciones de vacío para evitar la oxidación de los compuestos formados, se procede al temple y revenido si el sustrato es de un acero. Los compuestos más generalmente obtenidos por este método son TiC, TiCN y TiN, aunque también SiC, AI2O3, BC... En el campo de la deformación, las combinaciones de multicapas de los compuestos de titanio son las más utilizadas. 37

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Este método se caracteriza por su Alta dureza, excelente resistencia a la adherencia, espesor de capa de aprox. 6-9 µm, revestimientos de contornos exactos, también en taladros, agujeros ciegos, etc. Tiene gran gama de posibilidades de aplicación, especialmente en las herramientas de conformación sometidas a grandes esfuerzos se obtienen rendimientos muy buenos. Las características particulares de todas las capas y sistemas de capas aplicados mediante el método CVD es la excelente adherencia sobre el material base, que se atribuye a la alta temperatura de recubrimiento. Las capas se componen de distintos materiales cuya selección y, siendo necesario, su combinación se adaptan con respecto al caso de aplicación. 3. Recubrimiento MT-CVD: Generalmente, los materiales de las herramientas están sujetos a tensiones tanto internas como externas. En el caso de las plaquitas, las tensiones externas son las que se producen durante el uso como parte de la herramienta de corte. Los procesos de fabricación de las plaquitas también generan tensiones internas, principalmente de tracción y compresión. A la temperatura durante la aplicación, el recubrimiento y el sustrato están libres de tensiones. Los cristales tienen una orientación controlada de tal manera que presentan una superficie más dura donde se concentra el desgaste abrasivo. En conclusión, la tensión se disipa al sustrato entre las líneas de los cristales. Si un choque térmico o mecánico crea micro grietas, se disiparán hacia abajo a lo largo de las líneas entre los cristales. Cuando lA fuerza residual llega al sustrato, se absorbe sin propagar grietas de mayor tamaño, dando tenacidad y resistencia a la plaquita. Las multicapas contribuyen a minimizar los desajustes entre el recubrimiento y el sustrato, reduciendo las tensiones. Por ejemplo, el coeficiente de dilatación térmica determina la tensión entre capas por desajuste térmico entre el recubrimiento y el sustrato. Los procesos MT-CVD se aplican a recubrimientos de TiCN o TiN. Tienden a presentar menos tensiones de tracción y combinan mejor las propiedades de tenacidad y resistencia al desgaste abrasivo, al desgaste químico y a las grietas térmicas, mejorando el rendimiento de la plaquita.

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Figura 2.4 Recubrimiento MT-CVD.

2.1.12

Geometría del rompevirutas. rompe

Una de las principales funciones de los rompe virutas, es la de permitir el libre deslizamiento lizamiento del material de pieza extraído, disminuyendo al máximo la energía perdida por rozamiento, además de evitar que la viruta entorpezca la operación de corte. Aunque el control de virutas aún es una de sus principales funciones, el romperompe virutas también bién sirve para reducir las fuerzas de corte. Menores fuerzas representan menos calor, deformación y fricción, incrementando la vida de la herramienta y, a menudo, se mejora el control del tamaño y el terminado de la pieza de trabajo. 2.1.13

Formación de la viruta. viru Clases de virutas.

Las piezas de las máquinas son elaboradas de las piezas brutas. La capa de metal que se arranca de la pieza bruta durante el mecanizado se llama sobreespesor. La pieza en bruto es un artículo de la producción de la cual se obtiene la pieza acabada mediante la variación de la forma, dimensiones, grado de aspereza de las superficies y propiedades del material.

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El proceso de corte es un proceso seguido por fenómenos físicos complejos (deformaciones plásticas y elásticas de la pieza en bruto, desprendimiento de calor, formación del promontorio en la parte de corte de la herramienta), que ejercen gran influencia sobre el trabajo de la herramienta de corte, la productividad del trabajo y la calidad del mecanizado. En la pieza a trabajar se distinguen las siguientes superficies: • De trabajo, que es la superficie de donde se debe quitar la capa de metal. •

Trabajada, que es la superficie que resulta en la pieza después de arrancar la capa de metal (viruta), y de corte, que se forma directamente en la pieza por el borde cortante de la cuchilla.

La superficie de corte puede ser cónica, cilíndrica, plana (frontal) y de forma, de acuerdo a como sea el borde cortante de la cuchilla y su disposición respecto a la pieza. La herramienta de corte o la cuchilla, penetra bajo la acción de la fuerza P transmitida por el mecanismo de trabajo de la M-H, en la capa superficial de la pieza, comprimiéndola al mismo tiempo (Figura 2.5). En esta capa comprimida surgen esfuerzos internos, y cuando estos superan, por la penetración siguiente de la cuchilla, las fuerzas cohesivas entre las moléculas del metal, el elemento comprimido 2 se rompe y se desliza hacia arriba por la superficie de desprendimiento de la cuchilla.

Figura 2.5 Formación de viruta en el mecanizado por arranque de material en contacto directo.

El movimiento siguiente de la cuchilla comprime, rompe y desplaza los elementos inmediatos del metal formando la viruta. Según las condiciones del maquinado y del material a trabajar, la viruta puede tener las siguientes formas:

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• Viruta de elementos, se obtiene al trabajar metales duros y poco dúctiles (por ejemplo, acero duro) con bajas velocidades de corte. (Figura 2.6 a). • Viruta escalonada, se forma al trabajar aceros de la dureza media, aluminio y sus aleaciones con una velocidad media de corte. (Figura 2.6 b). • Viruta fluida continua espiral y viruta fluida continua en cinta, se obtiene al trabajar aceros blandos, cobre, plomo, estaño y algunos materiales plásticos con altas velocidades de corte. (Figura 2.6 c y Figura 2.6 d respectivamente). • Viruta fraccionada, se forma al cortar materiales poco plásticos (hierro colado, bronce) y consta de trocitos separados. (Figura 2.6 e). La figura 2.6 representa las distintas formas que puede tener la viruta.

Figura 2.6 Tipos de viruta.

2.1.14

Sistemas de sujeción de la plaquita.

Este punto es de vital importancia, junto con la sujeción de la porta en la máquina, ya que determinará la correcta estabilidad de la plaquita que esté sometido a los esfuerzos del mecanizado. El tamaño y la forma del inserto, más el ángulo de posición definen el porta-herramientas correspondiente. Esta selección también debe garantizar que no entorpezca el libre flujo de virutas, la mayor versatilidad posible y el mínimo de mantenimiento. También es importante el tamaño del porta-herramientas. Generalmente, se selecciona el mayor tamaño posible, proporcionando la base más rígida para el filo y se evita el voladizo que provocaría vibraciones. Los sistemas de sujeción más comunes (Figura 2.7), son los siguientes.

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Figura 2.7 Tipos de sujeción para las plaquitas.

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2.2

Torno.

El torno es una máquina-herramienta en la que la pieza que se mecaniza sometida a un movimiento de rotación es conformada por la herramienta animada de un movimiento de avance generalmente paralelo al eje de rotación de la pieza. Los movimientos de trabajo del torno son: • Movimiento de corte por rotación de la pieza. (Figura 2.8 a). • Movimiento de avance por desplazamiento longitudinal de la herramienta. (Figura 2.8 b). • Movimiento de profundidad de pasada por desplazamiento radial de la herramienta. (Figura 2.8 c).

Figura 2.8 Movimientos de trabajo del torno.

El torno sigue siendo la máquina fundamental de los talleres mecánicos y son aproximadamente el 65% del total de las máquinas-herramientas para el conformado por arranque de viruta. Se emplean generalmente para la mecanización de cuerpos de revolución como poleas, manguitos, pernos, etc. es una máquina muy versátil y de múltiples aplicaciones. 2.2.1 Tipos de tornos. Existe una gran variedad de tornos: • • • •

Torno paralelos. Tornos semiautomáticos. Tornos automáticos. Tornos de copiar. 43

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• Tornos verticales. • Tornos de control numérico computerizado (C.N.C.). De todos los tipos de torno, el torno Paralelo es el más difundido y utilizado, aunque no ofrece grandes posibilidades de fabricación en serie. Los tornos semiautomáticos se desarrollaron por la incapacidad del torno paralelo de desarrollar trabajos en serie. Los tornos semiautomáticos más comunes son de torre revólver. Este es un torno más sólido y resistente. En el carro portaherramientas se pueden montar hasta cuatro herramientas y una porta herramientas posteriores. Además se tiene un carro longitudinal en lugar del cabezal móvil, que tiene una torre giratoria de 6 posiciones para otras 6 herramientas. Para una gran producción de piezas se impone la condición de repetir mecánicamente y en orden un determinado ciclo de torneado, sin recurrir al empleo de un operario para la maniobra de la máquina. Un mismo operario puede supervisar varios tornos automáticos, ya que su trabajo está limitado a la carga de las barras y la vigilancia. En todos los casos el principio de operación está basado en la programación de órganos mecánicos tales como: engranes, cremalleras, balancines, levas, etc. Los tornos automáticos pueden ser: • De un husillo con torre revólver donde la torre puede estar en un plano horizontal o vertical. • De herramientas independientes. En este tipo de tornos su característica principal es el cabezal desplazable para darle a la pieza el movimiento de avance, mientras las herramientas solo tienen desplazamiento radial. • Tornos Multihusillos. En estos tornos las herramientas actúan al mismo tiempo sobre varias barras. Los tornos de copiar continuación lo someten mueve automáticamente plantilla. Se emplean en complicado.

toman al elemento indefinido haciéndolo girar y a al arranque de viruta mediante la herramienta que se siguiendo el perfil impuesto por una pieza prototipo o la producción en serie de piezas similares y de perfil

Los tornos verticales nacieron de la necesidad de tener que tornear elementos de gran tamaño, principalmente de poca altura pero de gran diámetro como rodetes de turbinas, grandes volantes, poleas, ruedas dentadas de molinos, etc., los cuales por su peso se pueden montar más fácilmente sobre una plataforma horizontal.

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Los tornos verticales tienen el eje dispuesto verticalmente y el plato giratorio sobre un plano horizontal, lo que facilita el montaje de las piezas voluminosas y pesadas. En los tornos verticales no se pueden mecanizar piezas que vayan fijadas entre puntos porque carecen de contrapunta. El torno C.N.C. es un tipo de torno operado mediante control numérico por computadora. Se caracteriza por ser una máquina herramienta muy eficaz para mecanizar piezas de revolución. Ofrece una gran capacidad de producción y precisión en el mecanizado por su estructura funcional y porque la trayectoria de la herramienta de torneado es controlada a través del ordenador que lleva incorporado, el cual procesa las órdenes de ejecución contenidas en un software que previamente ha confeccionado un programador conocedor de la tecnología de mecanizado en torno. Es una máquina ideal para el trabajo en serie y mecanizado de piezas complejas. Las herramientas van sujetas en un cabezal en número de seis u ocho mediante unos portaherramientas especialmente diseñados para cada máquina. Las herramientas entran en funcionamiento de forma programada, permitiendo a los carros horizontal y transversal trabajar de forma independiente y coordinada, con lo que es fácil mecanizar ejes cónicos o esféricos así como el mecanizado integral de piezas complejas. 2.2.2 Componentes principales de un torno. Mecanismo del torno. El torno cilíndrico de puntas o torno horizontal está compuesto de 4 partes principales: • Bancada: es la pieza más robusta ya que sirve de elemento de sustentación a los órganos de la máquina. Se construye generalmente de fundición y en los tornos pequeños, de una sola pieza. En su parte superior lleva las guías del cabezal móvil o contrapunto y la del carro principal portaherramientas. • Cabezal fijo: está formado por una caja de fundición atornillada sobre el extremo fijo de la bancada. Este cabezal contienen el eje principal en cuyo extremo van los órganos de sujeción y accionamiento de la pieza a la que se imprime un movimiento del motor a través de los engranajes de reducción alojados también en el cabezal. • Cabezal móvil: se encuentra en el extremo derecho y opuesto por tanto al cabezal fijo y puede deslizarse por las guías en toda su longitud. Está formada por dos piezas principales de fundición, una de las cuales sirve de soporte y contiene las guías que apoyan sobre las del torno y el dispositivo de fijación, para fijarlo. La otra

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pieza situada en la parte posterior de forma alargada y eje situado en la prolongación del eje principal del cabezal fijo, contiene el contrapunto que constituye el otro apoyo de la pieza que se mecaniza. • Carro porta herramientas: es el que lleva la herramienta y le comunica los movimientos de avance y de penetración. Está formado por 3 carros superpuestos: -

Carro principal o de bancada: Desliza sobre las guías de la bancada y lleva en su parte delantera los mecanismos de avance y de profundidad de pasada, tanto manual como automática.

-

Carro transversal: Desliza transversalmente sobre guías del carro principal y se mueve a mano automáticamente por los mecanismos que lleva el carro principal.

-

Carro superior u orientable: Está formado por 3 piezas: La base, el charriot y el portaherramientas. La base, va apoyada sobre una plataforma giratoria en el carro transversal con lo cual puede orientarse en cualquier posición determinada por un limbo graduado y quedar fija por un dispositivo adecuado.

Otros componentes del torno son los representados en la Figura 2.9.

Figura 2.9 Partes de un torno. a: La Bancada, b: Cabezal Fijo, c: Carro Principal de Bancada, d: Carro de Desplazamiento Transversal, e: Carro Superior porta Herramienta, f: Porta Herramienta, g: Caja de Movimiento Transversal, h: Mecanismo de Avance, i: Tornillo de Roscar o Patrón, j: Barra de Cilindrar, k: Barra de Avance, l: Cabezal Móvil, m: Plato de Mordaza (Usillo), n: Palancas de Comando del Movimiento de Rotación, o: Contrapunta, u: Guía, z: Patas de Apoyo.

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La cadena cinemática del torno está formada principalmente por: • Motor: normalmente eléctrico, que genera el movimiento y esfuerzo de mecanizado. • Caja de velocidades: con la que se determina la velocidad y el sentido de giro del eje del torno, partiendo del eje del motor que gira a velocidad constante. • Caja de avances: con la que se establecen las distintas velocidades de avance de los carros, partiendo del movimiento del eje del torno. Recuérdese que los avances en el torno son en milímetros de avance por revolución del plato del torno. Esta caja puede constar de varios trenes desplazables o bien un basculantes y un cono de engranajes. Este sistema es el de la llamada caja norton. • Ejes de avances: que trasmiten el movimiento de avance de la caja de avances al carro principal, suelen ser dos:  Eje de cilindrar, ranurado para trasmitir un movimiento rotativo a los mecanismos del carro principal, este movimiento se emplea tanto para el desplazamiento longitudinal del carro principal, como para el transversal del carro transversal.  Eje de roscar, roscado en toda la longitud que puede estar en contacto con el carro, el embrague de roscar es una tuerca partida que abraza este eje cuando está embragado, los avances con este eje son más rápidos que con el de cilindrar, y se emplea como su nombre indica en las operaciones de roscado. • Engranajes de la lira: su función es transmitir el movimiento desde el ultimo eje del mecanismo de inversión hasta los ejes de cilindras y roscar o hasta la caja de cambio para avances, se emplea un tren de engranajes. Como las velocidades de los avances han de poder variarse a voluntad, este tren de engranajes tiene sus diversas ruedas intercambiables. La primera va en el eje del mecanismo inversor, la última va en el eje de ataque de la caja de cambios para avances; las demás van en unos ejes cortos que se acoplan a las ranura de una placa especial llamada lira o guitarra. • Sistema inversor del sentido de los ejes: el mecanismo de inversión del sentido del movimiento puede hacerse por medio de un sistema de engranajes desplazables o por medio de un sistema de engranajes basculantes. En ambos casos el primer piñón del mecanismo va en el mismo eje principal del torno.

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Figura 2.10 Cadena cinemática del torno.

Para obtener resultados óptimos se requieren ciertos accesorios, como sujetadores para la pieza de trabajo, soportes y portaherramientas. Algunos de ellos son los siguientes: • Plato de sujeción de garras: sujeta la pieza de trabajo en el cabezal y transmite el movimiento. (Figura 2.12). • Centros: soportan la pieza de trabajo en el cabezal y en la contrapunta. • Perno de arrastre: Se fija en el plato de torno y en la pieza de trabajo y le transmite el movimiento a la pieza cuando está montada entre centros. • Soporte fijo o luneta fija: soporta el extremo extendido de la pieza de trabajo cuando no puede usarse la contrapunta. • Soporte móvil o luneta móvil: se monta en el carro y permite soportar piezas de trabajo largas cerca del punto de corte. • Torreta portaherramientas con alineación múltiple. • Plato de arrastre: para amarrar piezas de difícil sujeción. • Plato de garras independientes: tiene 4 garras que actúan de forma independiente unas de otras.

48

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Figura 2.11 Elementos auxiliar de apoyo.

Figura 2.12 Plato de garras.

2.2.3 Herramientas y operaciones principales realizadas en un torno. Las herramientas pueden adoptar formas muy diversas en consonancia con los trabajos que ejecutan. En todo caso, sin embargo, constan de dos partes: el mango y la cabeza o punta. Ambos pueden ser: con cuchilla fija en un soporte o con cuchilla recubierta superficialmente de metal duro o plaquita fija en un soporte. La elección del tipo de herramientas a utilizar, se hace de acuerdo con el mecanizado a realizar y el material con el que se opera. Existen varias teorías que definen el tipo de cuchilla de tornear en cuanto a la dirección de avance. Una de ellas es la que clasifica las cuchillas en derechas e izquierdas, según la regla de la mano derecha o izquierda respectivamente, teniendo en cuenta la posición del filo principal con respecto a la dirección del avance y la del dedo pulgar de la mano correspondiente (Figura 2.13).

49

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Figura 2.13 2.1 Clasificación de las cuchillas para tornear.

Otras de las clasificaciones posibles serán según procedimiento de sujeción de la parte cortante, pueden ser: • Cuchillas enteras, enteras, fabricadas de un mismo material • Cuchillas compuestas: compuestas el mango de acero para construcciones y la parte cortante cortante de la cuchilla de metal especial para herramientas. Las cuchillas compuestas se dividen en Soldadas, con la plaquita de corte soldada y con la plaquita de corte fijada mecánicamente

Figura 2.14 Clasificación de las cuchillas según procedimiento de sujeción jeción de la parte cortante. a. Entera; b. Soldada; c. Con la Plaquita Soldada; d. Con Sujeción Mecánica de la Plaquita.

La clasificación más general, es aquella dónde las cuchillas se clasifican en función de la operación a realizar (Figura Figura 2.15), 2.1 donde la a división lógica es en cuchillas de mecanizado interior y cuchillas de mecanizado exterior. 50

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Figura 2.15 Clasificación de las cuchillas en función de la operación a realizar.

Las operaciones más usuales son las siguientes (Figura 2.16): • El Cilindrado, Cilindrado que ue se realiza con la composición de movimientos de corte y avance de tal manera que cuando el movimiento de corte (que posee la pieza) es de forma circular continuo mientras que el de avance (poseído poseído por la herramienta) es de forma rectilíneo en la dirección ón del eje de giro de la pieza con lo que se obtiene la generatriz de un cilindro. • El mandrinado que consiste en un cilindrado interior. • El ranurado, ranurado que es un cilindrado en una franja estrecha (ranura). • En el refrentado por contra, el movimiento de avance avanc se realiza en un plano perpendicular al eje de giro de la pieza generando una superficie plana perpendicular al cilindro. Con la combinación de estos dos trabajos básicos se pueden obtener una serie de trabajos derivados, como son: • El tronzado que es una na operación de refrentado que se realiza en una sección intermedia de la pieza avanzando hacia su eje hasta llegar a cortada.

51

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• El roscado se realiza como una operación de cilindrado con una velocidad de avance tal que entre dos secciones de corte consecutivas permanece un grueso de material sin cortar (filete). Además de las operaciones anteriormente expuestas, el torno puede realizar una gran variedad de operaciones tales como: rectificado, fresado, taladrado, torneado cónico y esférico, moleteado, torneado de cigüeñales, roscado con machos y terrajas...

Figura 2.16. Operaciones principales realizadas en un torno.

Si las operaciones las clasificamos en función de la zona de trabajo, podemos dividir en dos grupos: • Torneado exterior: Cilindrado, Refrentado, Ranurado, Roscado, Moleteado, Cilindrado cónico, Cilindrado esférico, cortado, Chaflanado. Espirales • Torneado interior: Taladrado, Mandrinado, Ranurado, Mandrinado cónico, Mandrinado esférico, Roscado, Refrentado interior, Chaflanado interior. 2.2.4 Características técnicas del torno. Las características técnicas de un torno es importante conocerlas, ya que cada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidades mínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmente encontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla 2.8). Altura entre puntos. Capacidad

Distancia entre puntos. Diámetro admitido sobre bancada.

52

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Diámetro admitido sobre escote. Diámetro admitido sobre carro transversal. Anchura de la bancada. Longitud del escote delante del plato liso.

Diámetro del agujero del husillo principal. Nariz del husillo principal. Cabezal

Cono Morse del husillo principal. Gama de velocidades del cabezal (habitualmente en rpm). Número de velocidades. Recorrido del carro transversal. Recorrido del charriot.

Carros

Dimensiones máximas de la herramienta. Gama de avances longitudinales. Gama de avances transversales. Recorrido del avance automático. Gama de pasos métricos. Gama de pasos Witworth.

Roscado

Gama de pasos modulares. Gama de pasos Diametral Pitch. Paso del husillo patrón.

Contrapunto

Motores

Conexión eléctrica

Dimensiones

Carrera de la caña. Diámetro de la caña. Potencia del motor principal (habitualmente en kw). Rango de velocidades. Tensión de entrada. Potencia de conexión. Dimensiones. Peso.

53

MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. Tabla 2.8 Características Técnicas del Torno.

Estas características son técnicas son arbitrarias, ya que cada fabricante expondrá en los catálogos las características técnicas que crea conveniente en cada máquina. 2.2.5 Operaciones de revisión en el torno. Para que un torno funcione correctamente y garantice la calidad de sus mecanizados, es necesario que periódicamente se someta a una revisión y puesta a punto donde se ajustarán y verificarán todas sus funciones. Las tareas más importantes que se realizan en la revisión de los tornos son las siguientes (Tabla 2.9).

Nivelación

Para ello se deberá verificar la posición de la bancada respecto la superficie de apoyo de ella, para esta tarea se usa un nivel de precisión.

Concentricidad del cabezal

Se realiza con un reloj comparador y haciendo girar el plato a mano, se verifica la concentricidad del cabezal.

Comprobación de redondez de las piezas

Se mecaniza un cilindro a un diámetro definido y con un reloj comparador de precisión se verifica la redondez del cilindro.

Alineación del eje principal

Se fija en el plato un mandril de unos 300 mm de longitud, se monta un reloj en el carro longitudinal y se verifica si el eje está alineado o desviado.

Alineación del contrapunto

Se consigue mecanizando un eje de 300 mm sujeto entre puntos y verificando con un micrómetro de precisión si el eje ha salido cilíndrico o tiene conicidad. Tabla 2.9 Operaciones de revisión para un torno.

2.2.6 Parámetros de corte en el torno. Los parámetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso de torneado son los siguientes:

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• Elección del tipo de herramienta más adecuado. • Sistema de fijación de la pieza. • Velocidad de corte (Vc) expresada en metros/minuto. • Diámetro exterior del torneado. • Revoluciones por minuto (rpm) del cabezal del torno. • Avance en mm/rev. , de la herramienta. • Avance en mm/mi de la herramienta. • Profundidad de pasada. • Esfuerzos de corte. • Tipo de torno y accesorios adecuados. Debido al alto coste que tiene el tiempo de mecanizado, es de vital importancia hacer una selección adecuada de las herramientas que permita realizar los mecanizados en el menor tiempo posible y en condiciones de precisión y calidad requeridas. Para ello tendremos en cuenta los siguientes factores (Tabla 2.10). Diseño y limitaciones de la pieza

Tamaño, tolerancias del torneado, tendencia a vibraciones, sistemas de sujeción, acabado superficial.

Operaciones de torneado a realizar

Cilindrados exteriores o interiores, refrentados, ranurados, desbaste, acabados, optimización para realizar varias operaciones de forma simultánea, etc.

Estabilidad y condiciones de mecanizado

Cortes intermitente, voladizo de la pieza, forma y estado de la pieza, estado, potencia y accionamiento de la máquina, etc.

Disponibilidad y selección del tipo de torno

Posibilidad de automatizar el mecanizado, poder realizar varias operaciones de forma simultánea, serie de piezas a mecanizar, calidad y cantidad del refrigerante, etc.

Material de la pieza

Dureza, estado, resistencia, maquinabilidad, barra, fundición, forja, mecanizado en seco o con refrigerante, etc.

Disponibilidad de herramientas

Calidad de las herramientas, sistema de sujeción de la herramienta, acceso al distribuidor de herramientas, servicio técnico de herramientas, asesoramiento técnico.

Aspectos económicos del mecanizado

Optimización del mecanizado, duración de la herramienta, precio de la herramienta, precio del tiempo de mecanizado

Tabla 2.10 Factores importantes en la elección de la herramienta de corte en el torno.

55

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La velocidad de corte se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la pieza que está en contacto con la herramienta. La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de la profundidad de pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta. A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar las revoluciones por minuto que tendrá el cabezal del torno, según la siguiente fórmula (Ecuación 2.1): -1 n min * π* DC mm m = vc  mm min  1000  m

2.1

Donde:  VC es la velocidad de corte.  n es la velocidad de rotación de la herramienta.  DC es el diámetro de la pieza. Si el valor de la velocidad de corte no es la adecuada el mecanizado no será óptimo. Podemos diferenciar dos casos: • Si la velocidad de corte es excesiva, puede dar lugar a: -

Desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta.

-

Deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado.

-

Calidad del mecanizado deficiente.

• Si la velocidad de corte demasiado baja, puede dar lugar a: -

Formación de filo de aportación en la herramienta.

-

Efecto negativo sobre la evacuación de viruta.

-

Baja productividad.

-

Coste elevado del mecanizado.

La velocidad de rotación del cabezal del torno se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). En los tornos convencionales hay una gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. En los tornos de control numérico, esta velocidad es controlada con un sistema de realimentación que habitualmente utiliza un variador de frecuencia y puede seleccionarse una 56

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velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades, hasta una velocidad máxima. La velocidad de rotación de la herramienta (Ecuación 2.2) es directamente proporcional a la velocidad de corte e inversamente proporcional al diámetro de la pieza. m mm   * 1000   V C m min n min-1  = π* DC mm

2.2

La velocidad de avance en el torneado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de torneado. Cada herramienta puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolución de la pieza, denominado avance por revolución. Este rango depende fundamentalmente del diámetro de la pieza, de la profundidad de pasada, y de la calidad de la herramienta. La velocidad de avance (Ecuación 2.3) es el producto del avance por revolución por la velocidad de rotación de la pieza. f  =     ∗ f     ó

2.3

La velocidad de avance tiene los siguientes efectos en el mecanizado de una pieza: -

Decisiva para la formación de viruta.

-

Afecta al consumo de potencia.

-

Contribuye a la tensión mecánica y térmica.

Además, en función de la velocidad de avance podemos preciar los siguientes efectos: • Si la velocidad de avance es elevada: -

Buen control de viruta.

-

Menor tiempo de corte.

-

Menor desgaste de la herramienta.

-

Riesgo más alto de rotura de la herramienta.

-

Elevada rugosidad superficial del mecanizado.

• Si la velocidad de avance es baja: -

Viruta más larga. 57

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-

Mejora de la calidad del mecanizado.

-

Desgaste acelerado de la herramienta.

-

Mayor duración del tiempo de mecanizado.

-

Mayor coste del mecanizado.

El tiempo de torneado se define como el tiempo que tarda la herramienta en efectuar una pasada, y se determina según la siguiente ecuación (Ecuación 2.4):       2.4    La fuerza de corte es la única que tiene importancia en el cálculo de la potencia entre las fuerzas que ejerce la herramienta sobre la pieza, las fuerzas que aparecen en la pieza son las siguientes (Figura 2.17): T (minutos) =

Figura 2.17 Fuerzas que ejerce la herramienta a la pieza en el torneado. Vc: velocidad de corte; Fa: Fuerza de avance; Fc: Fuerza de corte; Fp: Fuerza penetración.

Esta fuerza de corte depende de los ángulos y tipo de la herramienta, resistencia a la cortadura del material de la pieza, sección de viruta arrancada, avance, velocidad de corte,… La fórmula general de la fuerza de corte (Ecuación 2.4) es: "

= #" ∗ $

Siendo: -

S es la sección de la viruta arrancada.

-

KC es la fuerza específica de corte.

58

2.4

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La sección de la viruta (Ecuación 2.5) es: $= ∗ 

2.5

Donde: -

p es la profundidad de corte en mm.

-

a es el avance en mm.

La fuerza específica KC (Ecuación 2.6) es: # " =  ∗ &'

2.6

Donde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar en función de la resistencia del material (Tabla 2.11) o en función de la sección de viruta (Tabla 2.12): Resistencia del material (kg/mm2)

50

60

70

75

80

90

100

KC

228

278

317

342

368

406

484

Relación c

4.5

4.6

4.5

4.5

4.6

4.5

4.8

Tabla 2.11 Valor c en función de la resistencia del material.

Sección de viruta S = mm2

1

2

4

6

8

10

12

Relación c

4.8

4.5

4

3.7

3.5

3.5

3.3

Tabla 2.12 Valor c en función de la sección de la viruta.

La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga la máquina. Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene que dividirse por un determinado valor (ƞ) que tiene en cuenta la eficiencia de la máquina. Este valor es el porcentaje de la potencia del motor que está disponible en la herramienta puesta en el husillo. Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.7) vendrá definida por:

59

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)" "* =

# " +./ -  ∗    ∗

./00 ∗ ƞ



 ∗ *"    

2.7

Donde: -

Pc es la potencia de corte (CV).

-

Ac es el diámetro de la pieza (mm).

-

f es la velocidad de avance (mm/min).

-

Vc es la velocidad de corte (m/min).

-

ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.

Normalmente de los catálogos de herramientas, podemos obtener a partir de tablas (Tabla 2.14) los valores orientativos de las condiciones de corte en función de tres variables principales como son: • Material de la pieza. • Material de la herramienta, principalmente se diferencian dos tipos: -

Metal duro (M.D.), cuando se trabaja en seco, y cuya duración del filo es de 15 minutos.

-

Acero rápido (HSS), cuando se trabaja con taladrina (σaceite), y la duración del filo es de 60 minutos.

• Tipo de mecanizado, ya sea un mecanizado de desbaste o un mecanizado de acabado. Una de estas tablas puede ser la siguiente:

Desbaste Material

Acabado

Herramienta VC

Ad

Pd

VC

Aa

Pa

Acero Inoxidable

M.D.

60

≤1

≤8

100

≤0.25

≤2

Acero Moldeado

M.D.

50

≤1

≤10

80

≤0.25

≤2

HSS

15

≤2

≤10

20

≤0.25

≤2

M.D.

75

≤2

≤10

120

≤0.25

≤2

HSS

80

≤1

≤8

100

≤0.2

≤1

M.D.

1250

≤1

≤8

1750

≤0.2

≤1

M.D.

300

≤1

≤8

400

≤0.2

≤1

Fundición Gris

Aluminio Duraluminio

60

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HSS

30

≤1

≤10

45

≤0.2

≤1

M.D.

450

≤1

≤8

550

≤0.2

≤1

HSS

25

≤1

≤10

35

≤0.2

≤1

M.D.

250

≤1

≤8

350

≤0.2

≤1

HSS

22

0.5-1

≤10

30

0.1-0.2

≤2

M.D.

150

1– 2.5

≤15

250

0.1-0.25

≤2

σR

HSS

20

0.5-1

≤10

24

0.1-0.2

≤2

(50-70)

M.D.

120

1– 2.5

≤15

200

0.1-0.25

≤2

σR

HSS

15

0.5-1

≤10

20

0.1-0.2

≤1.5

(70-85)

M.D.

80

1– 2

≤15

140

0.1-0.2

≤1.5

σR ≈ 100

HSS

12

0.5-1

≤8

16

0.1-0.2

≤1

M.D.

32

0.5-1

≤5

50

0.1-0.2

≤1

Latón

Bronce

σR ≤ 50

Acero al Carbono

Tabla 2.13 Valores orientativos de las condiciones de corte. VC (m/min); a (mm/rev); p(mm); σR 2 (daN/mm ).

2.3

Fresadora.

Una fresadora es una máquina herramienta utilizada para realizar mecanizados por arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de varios filos de corte denominada fresa. En las fresadoras tradicionales, la pieza se desplaza acercando las zonas a mecanizar a la herramienta, permitiendo obtener formas diversas, desde superficies planas a otras más complejas. Debido a la variedad de mecanizados que se pueden realizar en las fresadoras actuales, al amplio número de máquinas diferentes entre sí, tanto en su potencia como en sus características técnicas, a la diversidad de accesorios utilizados y a la necesidad de cumplir especificaciones de calidad rigurosas, la utilización de fresadoras requiere de personal cualificado profesionalmente, ya sea programador, preparador o fresador. En las fresadoras podemos descomponer su movilidad según donde este aplicada, donde tenemos los siguientes: • Movimientos de la herramienta: el principal movimiento de la herramienta es el giro sobre su eje. En algunas fresadoras también es posible variar la inclinación de la herramienta o incluso prolongar 61

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su posición a lo largo de su eje de giro. En las fresadoras de puente móvil todos los movimientos los realiza la herramienta mientras la pieza permanece inmóvil. • Movimientos de la mesa: la mesa de trabajo se puede desplazar de forma manual o automática con velocidades de avance de mecanizado o con velocidades de avance rápido en vacío. Para ello cuenta con una caja de avances expresados de mm/minuto, donde es posible seleccionar el avance de trabajo adecuado a las condiciones tecnológicas del mecanizado. -

Movimiento longitudinal: según el eje X, que corresponde habitualmente al movimiento de trabajo. Para facilitar la sujeción de las piezas la mesa está dotada de unas ranuras en forma de T para permitir la fijación de mordazas u otros elementos de sujeción de las piezas y además puede inclinarse para el tallado de ángulos. Esta mesa puede avanzar de forma automática de acuerdo con las condiciones de corte que permita el mecanizado.

-

Movimiento transversal: según el eje Y, que corresponde al desplazamiento transversal de la mesa de trabajo. Se utiliza básicamente para posicionar la herramienta de fresar en la posición correcta.

-

Movimiento vertical: según el eje Z, que corresponde al desplazamiento vertical de la mesa de trabajo. Con el desplazamiento de este eje se establece la profundidad de corte del fresado.

-

Giro respecto a un eje longitudinal: según el grado de libertad U. Se obtiene con un cabezal divisor o con una mesa oscilante.

-

Giro respecto a un eje vertical: según el grado de libertad W. En algunas fresadoras se puede girar la mesa 45º a cada lado, en otras la mesa puede dar vueltas completas.

A partir del movimiento relativo entre la pieza y la herramienta obtenemos el movimiento de trabajo de la fresadora: • El movimiento de corte es el que realiza la punta de la herramienta alrededor del eje del portaherramientas. • El movimiento de avance es el movimiento de aproximación de la herramienta desde la zona cortada a la zona sin cortar. • El movimiento de profundización, se realiza mediante un desplazamiento vertical de la pieza.

62

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Figura 2.18 Ejes principales en las fresadoras.

2.3.1 Tipos de fresadoras. Las fresadoras pueden clasificarse según varios aspectos, como la orientación del eje de giro o el número de ejes de operación. A continuación se indican las clasificaciones más usuales. • Fresadoras según la orientación de la herramienta: dependiendo de la orientación del eje de giro de la herramienta de corte, se distinguen tres tipos de fresadoras: horizontales, verticales y universales. -

Fresadora horizontal: utiliza fresas cilíndricas que se montan sobre un eje horizontal accionado por el cabezal de la máquina y apoyado por un extremo sobre dicho cabezal y por el otro sobre un rodamiento situado en el puente deslizante llamado carnero. Esta máquina permite realizar principalmente trabajos de ranurado, con diferentes perfiles o formas de las ranuras. Cuando las operaciones a realizar lo permiten, principalmente al realizar varias ranuras paralelas, puede aumentarse la productividad montando en el eje portaherramientas varias fresas conjuntamente formando un tren de fresado. La profundidad máxima de una ranura está limitada por la diferencia entre el radio exterior de la fresa y el radio exterior de los casquillos de separación que la sujetan al eje portafresas.

-

Fresadora vertical: el eje del husillo está orientado verticalmente, perpendicular a la mesa de trabajo. Las fresas de corte se montan en el husillo y giran sobre su eje. En 63

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general, puede desplazarse verticalmente, bien el husillo, o bien la mesa, lo que permite profundizar el corte. Hay dos tipos de fresadoras verticales: las fresadoras de banco fijo o de bancada y las fresadoras de torreta o de consola. En una fresadora de torreta, el husillo permanece estacionario durante las operaciones de corte y la mesa se mueve tanto horizontalmente como verticalmente. En las fresadoras de banco fijo, sin embargo, la mesa se mueve sólo perpendicularmente al husillo, mientras que el husillo en sí se mueve paralelamente a su propio eje. -

Una fresadora universal tiene un husillo principal para el acoplamiento de ejes portaherramientas horizontales y un cabezal que se acopla a dicho husillo y que convierte la máquina en una fresadora vertical. Su ámbito de aplicación está limitado principalmente por el costo y por el tamaño de las piezas que se pueden trabajar. En las fresadoras universales, al igual que en las horizontales, el puente es deslizante, conocido como carnero, puede desplazarse de delante a detrás y viceversa sobre unas guías.

• Fresadoras especiales: además de las fresadoras tradicionales, existen otras fresadoras con características especiales que pueden clasificarse en determinados grupos. Sin embargo, las formas constructivas de estas máquinas varían sustancialmente de unas a otras dentro de cada grupo, debido a las necesidades de cada proceso de fabricación. -

Las fresadoras circulares tienen una amplia mesa circular giratoria, por encima de la cual se desplaza el carro portaherramientas, que puede tener uno o varios cabezales verticales, por ejemplo, uno para operaciones de desbaste y otro para operaciones de acabado. Además pueden montarse y desmontarse piezas en una parte de la mesa mientras se mecanizan piezas en el otro lado.

-

Las fresadoras copiadoras disponen de dos mesas: una de trabajo sobre la que se sujeta la pieza a mecanizar y otra auxiliar sobre la que se coloca un modelo. El eje vertical de la herramienta está suspendido de un mecanismo con forma de pantógrafo que está conectado también a un palpador sobre la mesa auxiliar. Al seguir con el palpador el contorno del modelo, se define el movimiento de la herramienta que mecaniza la pieza.

-

Fresadoras de pórtico, también conocidas como fresadoras de puente, el cabezal portaherramientas vertical se halla sobre una estructura con dos columnas situadas en lados opuestos de la mesa. La herramienta puede moverse 64

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verticalmente y transversalmente y la pieza puede moverse longitudinalmente. Algunas de estas fresadoras disponen también a cada lado de la mesa sendos cabezales horizontales que pueden desplazarse verticalmente en sus respectivas columnas, además de poder prolongar sus ejes de trabajo horizontalmente. Se utilizan para mecanizar piezas de grandes dimensiones. • Fresadoras según el número de ejes: las fresadoras pueden clasificarse en función del número de grados de libertad que pueden variarse durante la operación de arranque de viruta. -

Fresadora de tres ejes. Puede controlarse el movimiento relativo entre pieza y herramienta en los tres ejes de un sistema cartesiano.

-

Fresadora de cuatro ejes. Además del movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, se puede controlar el giro de la pieza sobre un eje, como con un mecanismo divisor o un plato giratorio. Se utilizan para generar superficies con un patrón cilíndrico, como engranajes o ejes estriados.

-

Fresadora de cinco ejes. Además del movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, se puede controlar o bien el giro de la pieza sobre dos ejes, uno perpendicular al eje de la herramienta y otro paralelo a ella (como con un mecanismo divisor y un plato giratorio en una fresadora vertical); o bien el giro de la pieza sobre un eje horizontal y la inclinación de la herramienta alrededor de un eje perpendicular al anterior.

2.3.2 Componentes y accesorios principales. Los componentes principales que constituyen la fresadora son: • Bancada: es una especie de cajón de fundición, de base reforzada y generalmente, rectangular. Por medio de la bancada se apoya la máquina en el suelo. Es el sostén de los demás órganos de la fresadora. • Husillo principal: es uno de los elementos esenciales de la máquina, puesto que es el que sirve de soporte a la herramienta y le da movimiento. El husillo recibe el movimiento a través de la caja de velocidades. • Mesa longitudinal: es el punto de apoyo de las piezas que van a ser trabajadas. Estas piezas se pueden montar directamente o por medio de accesorios de fijación. La mesa tiene agujeros en forma de T para alojar los tornillos de fijación.

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• Carro transversal: es una pieza de fundición de forma rectangular, en cuya parte superior se desliza y gira la mesa en un plano horizontal. En la base inferior está ensamblado a la consola, sobre la que se desliza manualmente por medio de tuerca y tornillo, o automáticamente, por medio de cajas de avance. Se puede inmovilizar. • Carro vertical o ménsula: sirve de apoyo a la mesa y sus mecanismos de accionamiento. Se desliza verticalmente en el bastidor a través de una guía por medio de un tornillo telescópico y una tuerca fija. • Caja de velocidades del husillo: tiene una serie de engranajes que pueden acoplarse según diferentes relaciones de transmisión. Esto permite una extensa gama de velocidades del husillo principal. El accionamiento de esta caja es independiente del que efectúa la caja de avances. • Caja de avances: es un mecanismo construido por una serie de engranajes ubicados en el interior del bastidor. Recibe el movimiento directamente del accionamiento principal de la máquina. Se pueden establecer diferentes velocidades de avance.

Figura 2.19 Componentes principales en la fresadora. 1. Bancada. 2. Columna. 3. Cabezal o husillo principal. 4. Carro longitudinal. 5. Carro transversal. 6. Carro vertical o ménsula. 7. Accionamiento manual de los carros (caja de avances).

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Los accesorios principales de los que dispone las fresadoras se pueden dividir de la siguiente forma: • Dispositivos de adición de ejes: cabezal multiangular (permite orientar el eje del portaherramientas), divisor universal con contrapunto y juego de engranes y mesa circular divisora. • Dispositivos para sujeción graduada y mordaza hidráulica.

de

piezas:

mordaza

giratoria

• Dispositivos para sujeción de herramientas: ejes porta-fresas largos y cortos, eje porta-pinzas y juego de pinzas. • Dispositivos para operaciones especiales: aparato de mortajar giratorio, cabezal de mandrinar. • Dispositivos de control: palpadores de medida.

visualización

digital

de

cotas

y

La sujeción de las herramientas es la condición previa más importante para realizar un fresado correcto es que la fresa esté bien sujeta. Para fijar y sujetar la fresa se necesitan herramientas especiales tales como husillos porta-fresa pasantes con anillos, husillos enchufables, los así llamados mandriles en voladizo (Figura 2.20) y mandriles de sujeción (Figura 2.21).

Figura 2.20 Husillo enchufable o de voladizo.

Figura 2.21 Mandril de sujeción.

Hay que usar husillos o mandriles porta-fresa tan cortos como sea posible.

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Estas herramientas de sujeción tienen como Morse normalizados o conos ISO. Los conos ajustan en los conos de alojamiento que llevan los husillos porta-fresa. Un perno de apriete lleva la herramienta de sujeción al cono interior de la máquina sujetándola e impidiendo un aflojamiento no previsto. La posición deseada de la fresa respecto a la pieza se obtiene anillos intermedios. La fresa es arrastrada mediante chavetas de guía y más raramente, en el caso de fresas de gran rendimiento fuertemente solicitadas, mediante chavetas transversales. El husillo, o árbol, porta-fresa se apoya en un contrasoporte para absorber la fuerza de corte y para evitar la flexión. Los soportes deben estar tan próximos a la fresa como sea posible. Las superficies de los anillos intermedios y las de los útiles tienen que ser exactamente paralelas y normales al taladro, pues de lo contrario se deformaría el husillo al proceder al fresado. Allí donde las herramientas han de ser recambiadas muy frecuentemente se utilizan mandriles porta-fresa de cambio rápido en vez de los aparatos normales de sujeción. Constan de un cuerpo fundamental que permanece en la máquina y de las distintas piezas portaútil, que pueden ser cambiadas rápidamente. Los dispositivos de sujeción de la pieza se utilizan para conseguir una correcta fijación de las piezas en la mesa de trabajo de una fresadora. El sistema de sujeción que se adopte debe permitir que la carga y la descarga de las piezas en la mesa de trabajo sean rápidas y precisas, garantizar la repetitividad de las posiciones de las piezas y su amarre con una rigidez suficiente. Además, el sistema de sujeción empleado debe garantizar que la herramienta de corte pueda realizar los recorridos durante las operaciones de corte sin colisionar con ningún utillaje. Existen dos tipos principales de dispositivos de fijación: las bridas de apriete y las mordazas, siendo estas últimas las más usuales. Las mordazas empleadas pueden ser de base fija o de base giratoria. Las mordazas de base giratoria están montadas sobre un plato circular graduado. Mordazas pueden ser de accionamiento manual o de accionamiento hidráulico. Las mordazas hidráulicas permiten automatizar la apertura y el cierre de las mismas así como la presión de apriete. Las mesas circulares, los platos giratorios y los mecanismos divisores son elementos que se colocan entre la mesa de la máquina y la pieza para lograr orientar la pieza en ángulos medibles. Además, hay otros dispositivos que facilitan el apoyo como ranuras en V para fijar redondos o placas angulares para realizar chaflanes y utillajes de diseño especial. Al fijar una pieza larga con un mecanismo divisor pueden utilizarse un contrapunto y lunetas. Para la fijación de las piezas y los dispositivos que se utilizan, las mesas disponen de unas ranuras en forma de T en las cuales se introducen los tornillos 68

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que fijan los utillajes y dispositivos utilizados. También es posible utilizar dispositivos magnéticos que utilizan imanes. Disponemos de cuatro posibilidades para la sujeción de la pieza, estas son: 1. Sujeción mediante tornillo de maquina o mordazas: donde las piezas se sujeta por presión, mediante un accionamiento mecánico, neumático o hidráulico. Estas mordazas pueden ser sencillas, giratorias o universales.

Figura 2.22 mordaza simple.

2. Sujeción por cabezales divisores: el cabezal divisor se necesita para la fabricación de piezas en las que hay que realizar trabajos de fresado según determinadas divisiones (ruedas dentadas, cuadrados y hexágonos, árboles de chavetas múltiples, fresas, escariadores). Con su ayuda también es posible fresar ranuras en espiral. El cabezal divisor (aparato divisor universal) (Figura 2.23) consta de la carcasa en que va soportado el husillo del cabezal divisor. Este husillo sirve para alojar el montaje de sujeción. Las piezas a trabajar pueden sujetarse en voladizo o entre puntos. El disco divisor va fijado sobre el husillo del cabezal. En el aparato divisor también existe un mecanismo de tornillo sin fin necesario para la división indirecta, así como un dispositivo para la división diferencial y para el fresado de ranuras helicoidales.

Figura 2.23 Cabezal divisor. A. cabezal divisor vertical. B. cabezal divisor horizontal.

En estos trabajos cabe distinguir la división sencilla o directa, la división indirecta y la división de compensación o división diferencial. 69

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• División sencilla (directa): en el procedimiento de división directa no están engranados el tornillo sin fin y la rueda helicoidal. El engrane se obtiene en virtud del giro de un cojinete rotativo excéntricamente en que va soportado el tornillo sin fin. La división se produce en un disco divisor que generalmente tiene 24 agujeros o muescas (entalladuras) pero algunas veces también 16, 36, 42 ó 60. El disco divisor en el que encaja un punzón divisor, está fijado al husillo del cabezal. En cada paso de división, el disco divisor y con él la pieza girada en las correspondientes distancias entre agujeros. No pueden obtenerse más divisiones que las que permiten, sin resto, el número de agujeros o muescas del plato divisor. De este modo pueden realizarse divisiones son dispositivos sencillos, que generalmente poseen discos recambiables. Mediante la división directa se opera más rápidamente que con los otros procedimientos. • División indirecta: en la división indirecta el husillo del cabezal divisor es accionado a través de un tornillo sin fin y una rueda helicoidal. La relación de transmisión del mecanismo de tornillo sin fin es 40: 1, es decir que 40 revoluciones de la manivela divisora suponen una revolución del husillo del cabezal divisor. Si, por ejemplo, se quiere tener una división decimal, para cada paso parcial serán necesarias 40: 10 = 4 vueltas de la manivela divisora. Para 32 divisiones, por ejemplo, se necesitarán 40: 32 = 1 8/32 = 1 ¼ revoluciones. Para poder realizar el ¼ de revolución, hará falta un disco de agujeros con una circunferencia de agujeros cuyo número sea divisible por 4. Los discos de agujeros (Figura 2.24) son recambiables. Tienen por lo general de seis a ocho circunferencias concéntricas de agujeros con diferentes números de agujeros. Dentro de cada circunferencia las distancias entre agujeros son iguales. La división se facilita mediante la utilización de la tijera de dividir. Se ahorra uno el tiempo perdido en el engorroso recuento de agujeros, expuesto además a equivocaciones. Entre ambos brazos de la tijera siempre tiene que haber un agujero más que el número de espacios entre ellos que se había calculado. Para evitar errores en la división hay que tener cuidado al seguir dividiendo, de que la manivela gire siempre por error, habrá que retroceder suficientemente la manivela para eliminar la acción del recorrido muerto, y entonces volver a girar hacia delante.

70

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Figura 2.24 Discos de agujeros

• División diferencial: diferencial la a división diferencial constituye una ampliación del procedimiento indirecto de división. Se emplea en los casos en que no es posible la división indirecta por no existir en ninguno de los discos los agujeros, las circunferencias de agujeros necesarias. Se elige por ello un número auxiliar de división (T´) que pueda ser obtenido por división indirecta y que pueda ser mayor o menor que el número pedido (T). La diferencia diferencia resultante (T´ - T) se compensa mediante un movimiento de giro del disco de agujeros se produce partiendo del husillo del cabezal a través de ruedas de cambio. Debe marchar paralelamente al movimiento de la manivela de división cuando T´ es mayor que T, tener sentido opuesto cuando T´ se eligió menor que T. En la división diferencial el disco de agujeros no debe quedar sujeto a la carcasa mediante la clavija de fijación, tal como suceda en la división indirecta (Figura ( 2.20). Tiene que poder girar, con co la clavija suelta.

Figura 2.25 Divisor diferencial.

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3. Sujeción directa sobre la mesa: se emplea para la sujeción de piezas de gran tamaño. Las piezas se fijan mediante bridas, tornillos, cuñas, etc. 4. Sistema de sujeción modulares: sistemas basados en una placa base con agujeros o ranuras, este sistema es flexible, ya que se puede adaptar una gran variedad de formas geométricas. Debido a la estandarización son configurables por CAD.

Figura 2.26 Sujeción modular.

2.3.3 Herramientas y operaciones realizadas en una fresadora. A las herramientas de la fresadora se llama fresas, estas son herramientas circulares, de corte múltiple. En su sentido más amplio las fresas pueden dividirse como sólidos de revolución en cuya superficie se encuentran repartidas cuchillas denominadas dientes que se clavan y arrancan viruta de material al girar alrededor de su eje. Los elementos característicos que definen la fresa son: • El cuerpo que es el núcleo sobre el que van apoyados los dientes. • El dentado que es el elemento activo de la pieza. Los dientes cortantes de las fresas pueden ser rectilíneos o helicoidales, y de perfil recto o formando un ángulo determinado. • El mango por el que se sujeta al portaherramientas. • La periferia es la superficie de revolución imaginaria que envuelve al filo de los dientes. Las fresas para mecanizados de grandes series, y materiales duros, llevan incorporadas plaquetas de metal duro o de metal-cerámica (cermet) que se fijan mediante tornillos de apriete sobre los discos de las fresas. El número de dientes de una fresa depende de su diámetro, de la cantidad de viruta que debe arrancar, de la dureza del material y del tipo de fresa. Podemos realizar varios tipos de fresados, los cuales pueden clasificarse de la siguiente forma: 1. En función del avance y de la profundidad de pasada podemos diferenciar 3 tipos de fresado, estos son:

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• Fresado frontal: -

Avance perpendicular al eje de giro.

-

Profundidad de corte en dirección axial.

-

Corte producido por los filos periféricos.

• Fresado periférico: -

Avance perpendicular al eje de giro.

-

Profundidad de corte en dirección radial.

-

Corte producido por los filos periféricos.

• Fresado axial: -

Avance y profundidad de corte en dirección axial.

-

Corte producido por los filos de la cara frontal.

-

Generalmente se taladra hasta una profundidad y luego se avanza radialmente.

Figura 2.27 Tipos de fresado. A. Fresado frontal. B. Fresado periférico. C. Fresado axial.

2. Dependiendo del giro de la herramienta respecto a la pieza: • Fresado periférico en oposición: -

Dirección de avance de la pieza opuesta a la de rotación de la fresa en el área de corte. El espesor de viruta comienza en cero e incrementa su espesor al final del corte.

-

Fuerzas tienden a empujar pieza fuera de la mesa.

• Fresado periférico en concordancia: -

Dirección de avance de la pieza la misma que la de rotación de la fresa en el área de corte. El espesor de viruta va disminuyendo desde el comienzo de corte hasta el final del corte.

-

Preferible cuando lo permitan la máquina-herramienta, los amarres y la pieza de trabajo.

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Figura 2.28 Tipos de fresado. A. Fresado en oposición. B. Fresado en concordancia.

Las operaciones que podemos realizar en una fresadora son: • Planeado y Planeado en escuadra. La aplicación más frecuente de fresado es el planeado, que tiene por objetivo conseguir superficies planas. Para el planeado se utilizan generalmente fresas de planear de plaquitas intercambiables de metal duro, existiendo una gama muy variada de diámetros de estas fresas y del número de plaquitas que monta cada fresa. Los fabricantes de plaquitas recomiendan como primera opción el uso de plaquitas redondas o con ángulos de 45º como alternativa. • Ranurado recto. Para el fresado de ranuras rectas se utilizan generalmente fresas cilíndricas con la anchura de la ranura y, a menudo, se montan varias fresas en el eje portafresas permitiendo aumentar la productividad de mecanizado. Las fresas cilíndricas se caracterizan por tener tres aristas de corte: la frontal y las dos laterales. En la mayoría de aplicaciones se utilizan fresas de acero rápido ya que las de metal duro son muy caras y por lo tanto solo se emplean en producciones muy grandes. • Ranurado de forma. Se utilizan fresas de la forma adecuada a la ranura, que puede ser en forma de T, de cola de milano, etc. • Ranurado de chaveteros. Se utilizan fresas cilíndricas con mango, conocidas en el argot como bailarinas, con las que se puede avanzar el corte tanto en dirección perpendicular a su eje como paralela a este. • Copiado. Para el fresado en copiado se utilizan fresas con plaquitas de perfil redondo a fin de poder realizar operaciones de mecanizado en orografías y perfiles de caras cambiantes. Existen dos tipos de fresas de copiar: las de perfil de media bola y las de canto redondo o tóricas. • Corte. Una de las operaciones iníciales de mecanizado que hay que realizar consiste muchas veces en cortar las piezas a la

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longitud determinada partiendo de barras y perfiles comerciales de una longitud mayor. Para el corte industrial de piezas se utilizan indistintamente sierras de cinta o fresadoras equipadas con fresas cilíndricas de corte. Lo significativo de las fresas de corte es que pueden ser de acero rápido o de metal duro. Se caracterizan por ser muy delgadas (del orden de 3 mm aunque puede variar), tener un diámetro grande y un dentado muy fino. Se utilizan fresas de disco relativamente poco espesor (de 0,5 a 6 mm) y hasta 300 mm de diámetro con las superficies laterales retranqueadas para evitar el rozamiento de estas con la pieza. • Cajeras. Se usan para realizar vaciados de material en la pieza. • Torno-fresado. Este tipo de mecanizado utiliza la interpolación circular en fresadoras de control numérico y sirve tanto para el torneado de agujeros de precisión como para el torneado exterior. El proceso combina la rotación de la pieza y de la herramienta de fresar siendo posible conseguir una superficie de revolución. Esta superficie puede ser concéntrica respecto a la línea central de rotación de la pieza. Si se desplaza la fresa hacia arriba o hacia abajo coordinadamente con el giro de la pieza pueden obtenerse geometrías excéntricas, como el de una leva, o incluso el de un árbol de levas o un cigüeñal. Con el desplazamiento axial es posible alcanzar la longitud requerida. • Fresado de roscas. El fresado de roscas requiere una fresadora capaz de realizar interpolación helicoidal simultánea en dos grados de libertad: la rotación de la pieza respecto al eje de la hélice de la rosca y la traslación de la pieza en la dirección de dicho eje. El perfil de los filos de corte de la fresa deben ser adecuados al tipo de rosca que se mecanice. • Taladrado, escariado y mandrinado. Estas operaciones se realizan habitualmente en las fresadoras de control numérico dotadas de un almacén de herramientas y utilizando las herramientas adecuadas para cada caso. • Mortajado. Consiste en mecanizar chaveteros en los agujeros, para lo cual se utilizan brochadoras o bien un accesorio especial que se acopla al cabezal de las fresadoras universales y transforma el movimiento de rotación en un movimiento vertical alternativo. 2.3.4 Características técnicas de las fresadoras. Las características técnicas de una fresadora es importante conocerlas, ya que cada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidades mínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmente encontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla 2.15). 75

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Dimensiones de la mesa de trabajo. Angulo de giro de la mesa. Mesa de trabajo

Recorrido longitudinal de la mesa. Recorrido transversal. Recorrido vertical.

Equipamiento

Almacén porta-herramientas. Cabezal o plato divisor. Potencia del motor principal (habitualmente en kw).

Motores

Rango de velocidades. Tensión de entrada.

Conexión eléctrica Potencia de conexión. Fusible previo máximo. Dimensiones

Dimensiones. Peso.

Tabla 2.14 Características Técnicas de una fresadora.

2.3.5 Operaciones de revisión en la fresadora. Tanto en su construcción como en el mantenimiento preventivo que de forma periódica deben realizarse a las fresadoras es necesario controlar los siguientes parámetros: • Cimentación y nivelación. Las fresadoras deben estar sujetas en cimientos que amortigüen de la mejor forma posible las vibraciones, así como que esté correctamente nivelada para asegurar un buen funcionamiento a la mesa en sus desplazamientos siendo necesario utilizar niveles de precisión. • Alineación. Mediante el uso de comparadores hay que verificar que la mesa esté totalmente alineada procediendo a su reglaje si se observan desalineaciones. • Funcionamiento del eje porta-fresas. Se hace necesario verificar periódicamente con un comparador el posible descentrado del eje porta-fresas en su movimiento rotatorio. • Alineación de los puntos del plato divisor y el contrapunto. Utilizando un gramil adecuado se procede a verificar la altura y alineación de estos dos accesorios. 76

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• Comprobación de la precisión de los nonios graduados. Verificar si los desplazamientos reales coinciden con la graduación de los tambores. • Verificación del juego del eje porta-fresas en la luneta del carnero. Si existe un juego excesivo es necesario proceder a la sustitución casquillo de bronce de la luneta. 2.3.6 Parámetros de corte en la fresadora. Los parámetros tecnológicos fundamentales que hay que considerar en el proceso de fresado son los siguientes: • Elección del tipo de máquina, accesorios y sistemas de fijación de pieza y herramienta más adecuados. • Elección del tipo de fresado: frontal, tangencial en concordancia o tangencial en oposición. • Elección de los parámetros de corte: velocidad de corte (Vc), velocidad de giro de la herramienta (n), velocidad de avance (Va), profundidad de pasada (p), anchura de corte (Ac), etc.) No hay unanimidad dentro del sector del mecanizado en las denominaciones de los procedimientos de fresado. El fresado tangencial también es denominado fresado periférico, fresado cilíndrico o fresado helicoidal. Para obtener una buena calidad en la superficie mecanizada, el fresado en concordancia es el método de fresado más recomendable siempre que la máquina, la herramienta y los utillajes lo permitan. En el fresado en oposición, el espesor de la viruta y la presión de corte aumentan según avanza la herramienta, por lo que se requiere menos potencia para la máquina. Sin embargo, este método presenta varios inconvenientes. Produce vibraciones en la máquina y una peor calidad superficial del mecanizado. Hay que tener cuidado con la sujeción de la pieza porque el empuje de la herramienta tenderá a expulsarla del amarre. En el fresado en concordancia, los dientes de la fresa inician el corte de la pieza con el máximo espesor de viruta, por lo que se necesita mayor esfuerzo de corte que en el fresado en oposición. Cuando la fresa se retira de la pieza, el espesor de la viruta es menor y por tanto la presión de trabajo es menor, produciendo así un mejor acabado de la superficie mecanizada. Este método de fresado requiere máquinas de mayor potencia y rigidez. Este fresado favorece la sujeción de la pieza porque tiende a apretarla hacia abajo.

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Al utilizar herramientas cuyos filos de corte permiten avanzar el corte en dirección axial y en dirección radial, como en las fresas de planear o las bailarinas, en la mayoría de los casos es recomendable que, cuando la fresa está cortando, se realicen prioritariamente los movimientos de avance en la dirección radial. Esto es debido a que la geometría de los filos de corte, en la mayoría de los casos, está diseñada para que se desgasten más lentamente al avanzar el corte en dirección radial. Teniendo esto en cuenta, los movimientos de profundización con estas herramientas se realizan preferentemente en vacío, se limitan a una perforación inicial o dicha perforación se realiza con otras herramientas, por ejemplo brocas o coronas. No obstante, cuando se utilizan plaquitas redondas en fresas de perfilar es indiferente la dirección de avance. La Velocidad de corte se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la fresa u otra herramienta que se utilice en el fresado. La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de fresa que se utilice, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta. Como cada filo de corte de la fresa trabaja intermitentemente sobre la pieza, cortando únicamente durante una fracción de cada revolución de la herramienta, los filos de corte alcanzan temperaturas inferiores a las que se alcanzan en un torno y, en consecuencia, se utilizan velocidades de corte mayores. No obstante, el trabajo de la fresa en conjunto puede no considerarse intermitente, pues siempre hay un filo de corte en fase de trabajo. A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar las revoluciones por minuto que tendrá el husillo portaherramientas según la siguiente fórmula (Ecuación 2.8): n min-1 * π* DC mm m = VC  mm min  1000  m Donde:  VC es la velocidad de corte.  n es la velocidad de rotación de la herramienta.  DC es el diámetro de la pieza.

78

2.8

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La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de la herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. En ocasiones, es deseable ajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección. La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta en operación de corte no es lineal.

Una velocidad de corte excesiva puede dar lugar a un desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta, a la deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado y, en general, a una calidad del mecanizado deficiente. Por otra parte, una velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a la formación de filo de aportación en la herramienta, a dificultades en la evacuación de viruta y al aumento del tiempo de mecanizado, lo cual se traduce en una baja productividad y un coste elevado del mecanizado. La velocidad de rotación del husillo portaherramientas se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). En las fresadoras convencionales hay una gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. En las fresadoras de control numérico, esta velocidad es controlada con un sistema de realimentación en el que puede seleccionarse una velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades, hasta una velocidad máxima. La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a la velocidad de corte y al diámetro de la herramienta (Ecuación 2.9). m mm VC   * 1000   m min n min  = π* DC mm -1

2.9

La velocidad de avance en el fresado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance y el radio de la punta de la herramienta de corte son los dos factores más importantes de los cuales depende la rugosidad de la superficie obtenida en el fresado. Cada fresa puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución (fz). Este rango depende fundamentalmente de número de dientes de la fresa, del tamaño de cada diente y de la profundidad de corte, además del tipo de material de la pieza y de la calidad y el tipo de plaquita de corte. El avance por revolución (fn) es el producto del avance por diente por el número de dientes (z) de la herramienta (Ecuación 2.10).

79

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= 

4

   ∗ 45 6   

2.10

La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la velocidad de rotación de la herramienta (Ecuación 2.11). 

= 

4

    ∗ 45 6 ∗      

2.11

Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en las fresadoras convencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de velocidades disponibles en una caja de cambios, mientras que las fresadoras de control numérico pueden trabajar con cualquier velocidad de avance hasta la máxima velocidad de avance de la máquina. La velocidad de avance es decisiva para la formación de viruta, el consumo de potencia, la rugosidad superficial obtenida, las tensiones mecánicas, la temperatura en la zona de corte y la productividad. Una elevada velocidad de avance da lugar a un buen control de viruta y una mayor duración de la herramienta por unidad de superficie mecanizada, pero también da lugar a una elevada rugosidad superficial y un mayor riesgo de deterioro de la herramienta por roturas o por temperaturas excesivas. En cambio, una velocidad de avance baja da lugar a la formación de virutas más largas que pueden formar bucles y un incremento del tiempo de mecanizado, lo cual hace que la duración de la herramienta por unidad de superficie sea menor y que la producción sea más costosa. El tiempo de mecanizado puede calcularse a partir de la siguiente ecuación (Ecuación 2.12). 8  =

.  9  ó   + .  4     

2.12

La fuerza de corte depende de los ángulos y tipo de la herramienta, resistencia a la cortadura del material de la pieza, sección de viruta arrancada, avance, velocidad de corte,… La fórmula general de la fuerza de corte (Ecuación 2.13) es: ;" = # " ∗ $ Siendo: -

S es la sección de la viruta arrancada.

-

KC es la fuerza específica de corte. 80

2.13

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La sección de la viruta (Ecuación 2.14) es: 4

$ -  =   ∗

  

2.14

Donde: -

p es la profundidad de corte en mm.

-

fz es el avance por diente.

La fuerza específica KC (Ecuación 2.15) es: # " =  ∗ &'

2.15

Donde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar en función de la resistencia del material (Tabla 2.16) o en función de la sección de viruta (Tabla 2.17): Resistencia del material (kg/mm2)

50

60

70

75

80

90

100

KC

228

278

317

342

368

406

484

Relación c

4.5

4.6

4.5

4.5

4.6

4.5

4.8

Tabla 2.16 Valor c en función de la resistencia del material.

Sección de viruta S = mm2

1

2

4

6

8

10

12

Relación c

4.8

4.5

4

3.7

3.5

3.5

3.3

Tabla 2.17 Valor c en función de la sección de la viruta.

La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado habitualmente se expresa en CV y se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga la fresadora. Esta fuerza específica de corte (kc) es una constante que se determina en función del tipo de material que se está mecanizando, la geometría de la herramienta, el espesor de viruta, etc. Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene que dividirse por un determinado valor adimensional que tiene en cuenta el rendimiento de la máquina (ρ). Este valor es la relación entre la potencia de corte efectiva, es

81

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decir, la potencia necesaria en la herramienta; respecto a la potencia consumida el motor de accionamiento principal de la máquina. Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.16) vendrá definida por: )" "* =

# " +./ -  ∗    ∗

4



./00 ∗ ƞ

 ∗ *"     

2.16

Donde:

2.4

-

Pc es la potencia de corte (CV).

-

Ac es el diámetro de la pieza (mm).

-

fZ es la velocidad de avance (mm/diente).

-

Vc es la velocidad de corte (m/min).

-

ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.

Taladradora.

Una taladradora es una máquina-herramienta utilizada para realizar mecanizados por arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa. Las herramientas utilizadas se definen como brocas, y la operación que se realiza con ella se le denomina taladro. Es una maquina concebida especialmente para realizar agujeros que aunque pueden realizarse por otros procedimientos, con ninguno de ellos pueden obtenerse orificios con la precisión, limpieza y profundidad como por un taladrado. El movimiento de trabajo lo podemos descomponer en tres movimientos simples, estos son: • El movimiento de corte se obtiene por la rotación de la herramienta. • El movimiento de avance se obtiene por el desplazamiento axial de la herramienta. • El movimiento de profundidad de pasada no existe si utilizamos brocas cilíndricas, pero si se utiliza brocas cónicas puede considerarse pequeños avances.

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Figura 2.29 Movimientos de una taladradora. A. Movimiento avance. B. Movimiento corte.

2.4.1 Tipos de taladradoras. Las máquinas taladradoras se pueden reunir en seis grupos separados: • Taladradoras sensitivas. • Taladradoras de columnas. • Taladradoras radiales. • Taladradoras de torreta. • Taladradora de husillos múltiples. Las taladradoras sensitivas corresponden a este grupo las taladradoras de accionamiento eléctrico o neumático más pequeñas. La mayoría de ellas son portátiles y permiten realizar agujeros de pequeño diámetro y sobre materiales blandos. Básicamente tienen un motor en cuyo eje se acopla el portabrocas y son presionadas en su fase trabajo con la fuerza del operario que las maneja. Pueden tener una sola o varias velocidades de giro. Hay pequeñas taladradoras sensitivas que van fijas en un soporte de columna con una bancada para fijar las piezas a taladrar. Las taladradoras de columna se caracterizan por la rotación de un husillo vertical en una posición fija y soportada por un bastidor de construcción, tipo C modificado. La familia de las máquinas taladradoras de columna se compone por los siguientes tipos: -

taladradoras engranajes.

de

columna

con

avance

-

taladradoras de producción de trabajo pesado.

-

taladradoras de precisión.

-

taladradoras para agujeros profundos.

regulado

por

Las taladradoras radiales se identifican por el brazo radial que permite la colocación de la cabeza a distintas distancias de la columna y además la rotación 83

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de la cabeza alrededor de la columna. Con esta combinación de movimiento de la cabeza, se puede colocar y sujetar el husillo para taladrar en cualquier lugar dentro del alcance de la maquina, al contrario de la operación de las maquinas taladradoras de columna, las cuales tienen una posición fija del husillo. Esta flexibilidad de colocación del husillo hace a los taladros radiales especialmente apropiados para piezas grandes, y, por lo tanto, la capacidad de los taladros radiales como clase es mayor que la de los taladros de columna. El peso de la cabeza es un factor importante para conseguir una precisión de alimentación eficiente sin una tensión indebida del brazo. Los taladros radiales son considerados como las taladradoras más eficientes y versátiles. Estas máquinas proporcionan una gran capacidad y flexibilidad de aplicaciones a un costo relativamente bajo. Además, la preparación es rápida y económica debido a que, pudiéndose retirar hacia los lados tanto el brazo como la cabeza, por medio de una grúa, se pueden bajar directamente las piezas pesadas sobre la base de la maquina. En algunos casos, cuando se trata usualmente de piezas grandes, los taladros radiales van montados realmente sobre rieles y se desplazan al lado de las piezas para eliminar la necesidad de un manejo y colocación repetidos. Los taladros radiales montados en esta forma son llamados maquinas del tipo sobre rieles. Las taladradoras de torreta estas máquinas se caracterizan por una torreta de husillos múltiples. La taladradora de torreta permite poder realizar varias operaciones de taladrado en determinada secuencia sin cambiar herramientas o desmontar la pieza. Lo habitual de las taladradoras de torreta actuales es que tienen una mesa posicionadora para una colocación precisa de la pieza. Esta mesa puede tomar la forma de una mesa localizadora accionada a mano, una mesa posicionadora accionada separadamente y controlada por medio de cinta, o con topes; o puede tomar la forma de una unidad completamente controlada por Control Numérico donde también se programa y ejecuta el proceso de trabajo. Las taladradoras de husillos múltiples esta familia de taladradoras cubre todo el campo desde el grupo sencillo de las máquinas de columna hasta las diseñadas especialmente para propósitos específicos de gran producción. Las máquinas estándar de husillos múltiples: se componen de dos o más columnas, cabezas y husillos estándar, montados sobre una base común. Los taladros de husillos múltiples facilitan la ejecución de una secuencia fija de las operaciones de taladrado por medio del desplazamiento de la pieza de estación en estación a lo largo de la mesa. Las aplicaciones más comunes de este tipo de máquinas son para eliminar el cambio de herramientas para una secuencia de operaciones. Aunque las máquinas taladradoras de husillos múltiples todavía se fabrican, están cediendo rápidamente su popularidad a las máquinas taladradoras de torreta accionadas por control numérico que pueden llevar un almacén de herramientas bastante grande. Hay dos tipos básicos de taladradoras de husillos múltiples: 84

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-

Taladradoras de unión universal: son extremadamente versátiles y han alcanzado una posición muy importante en la manufactura de producción de tipo bajo a medio. Las máquinas taladradoras de unión universal se fabrican en una serie completa de tipos estándar con cierto número de husillos que se pueden ajustar dentro de un área determinada. Las máquinas taladradoras de unión universal se caracterizan por su gran número de husillos que se pueden colocar en cualquier posición dentro del área de la mesa para taladrar cualquier plantilla de agujeros preseleccionada.

-

Taladradoras de producción de husillo fijo: consiste en cierto número de husillos en una posición fija, recibiendo su fuerza motriz a través de una serie de engranajes accionados por un solo motor del tamaño apropiado. Toman la forma de una sencilla máquina individual, tanto vertical como horizontal, o accionada en ángulo, o bien pueden tomar la forma de cierto número de tales unidades colocadas juntas para hacer una máquina especial.

2.4.2 Componentes principales. Mecanismo de la taladradora. En la anatomía de una taladradora industrial podemos diferenciar los siguientes componentes principales. • Bancada: es el armazón que soporta la máquina, consta de una base o pie en la cual va fijada la columna sobre la cual va fijado el cabezal y la mesa de la máquina que es giratoria en torno a la columna. • Motor: estas máquinas llevan incorporado un motor eléctrico de potencia variable según las capacidades de la máquina. • Cabezal: es la parte de la máquina que aloja la caja de velocidades y el mecanismo de avance del husillo. El cabezal portabrocas se desliza hacia abajo actuando con unas palancas que activan un mecanismo de piñón cremallera desplazando toda la carrera que tenga la taladradora, el retroceso del cabezal es automático cuando cede la presión sobre el mismo. • Poleas de transmisión: el movimiento del motor al husillo, se realiza mediante correas que enlazan dos poleas escalonadas con las que es posible variar el número de revoluciones de acuerdo a las condiciones de corte del taladrado y el husillo portabrocas. Hay taladradoras que además de las poleas escalonadas incorporan una caja de engranajes para regular las velocidades del husillo y del avance de penetración. 85

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• Regla de control de profundidad: las taladradoras disponen de un nonio con el fin de controlar la profundidad del taladrado. Este nonio tiene un tope que se regula cuando se consigue la profundidad deseada. • Husillo: está equipado con un agujero cónico para recibir el extremo cónico de las brocas, o del portabrocas que permite el montaje de brocas delgadas, o de otras herramientas de corte que se utilicen en la maquina, tales como machos o escariadores. • Mesa: está montada en la columna y se la puede levantar o bajar y sujetar en posición para soportar la pieza a la altura apropiada para permitir taladrar en la forma deseada. En la siguiente figura se representa la colocación de los anteriores componentes en una taladradora de columna. (Figura 2.30).

Figura 2.30 Movimientos de una taladradora. 1. Bancada. 2. Motor. 3. Cabezal. 4. Poleas de transmisión. 5. Nonius. 6. Husillo. 7. Mesa.

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Los accesorios principales que podemos ver en las taladradoras son: • Portabrocas: es el dispositivo que se utiliza para fijar la broca en la taladradora cuando las brocas tienen el mango cilíndrico. El portabrocas va fijado a la máquina con un mango de cono Morse según sea el tamaño del portabrocas. • Mordaza: es el sistemas de apriete utilizado para sujetar las piezas mientras se taladran. En la sujeción de las piezas hay que controlar bien la presión y la zona de apriete para que no se deterioren. • Pinzas de apriete cónicas: cuando se utilizan cabezales multihusillos o brocas de gran producción se utilizan en vez de portabrocas, cuyo apriete es débil, pinzas cónicas atornilladas que ocupan menos espacio y dan un apriete más rígido a la herramienta. El mecanismo de transmisión de movimiento en las taladradoras se puede dividir en dos categorías, en función del elemento de transmisión utilizado. • Transmisión por correas: en este tipo de transmisión, el motor hace girar una polea, la cual mediante una correa transmite dicho movimiento a la broca. Para obtener una gama de velocidades basta con el desplazamiento de la correa a otra polea, hasta encontrar la relación de transmisión deseada. (Figura 2.31 A). • Transmisión por caja de velocidades: en este tipo de transmisión, el motor hace girar a una serie de engranajes los cuales constituyen la caja de velocidades, a partir de los cuales podremos elegir la velocidad óptima. (Figura 2.31 B).

Figura 2.31. Mecanismo de una taladradora. A. Transmisión por correas. B. Transmisión por caja de velocidades.

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2.4.3 Herramientas y operaciones realizadas en las taladradoras. A las herramientas de las taladradoras se les llaman brocas. La broca es una barrena cilíndrica de acero en la que se han producido dos ranuras helicoidales que sirven para guiar las virutas arrancadas. La punta de la herramienta esta afilada en forma cónica obteniéndose dos filos o labios. El ángulo de la punta suele ser de 116º a 118º, pero puede variar según el tipo de material que se vaya a taladrar. Se distinguen dos tipos de brocas: • Brocas de lanza, que son planas con dos biseles y acabadas en punta. • Brocas en espiral, que son en general cilíndricas con uno bisel helicoidales y también terminado en punta. Entre algunas de las partes y generalidades comunes a la mayoría de las brocas están: • Longitud total de la broca. Existen brocas normales, largas y súper-largas. • Longitud de corte. Es la profundidad máxima que se puede taladrar con una broca y viene definida por la longitud de la parte helicoidal. • Diámetro de corte. Es el diámetro del orificio obtenido con la broca. Existen diámetros normalizados y también se pueden fabricar brocas con diámetros especiales. • Diámetro y forma del mango. El mango es cilíndrico para diámetros inferiores a 13 mm, que es la capacidad de fijación de un portabrocas normal. Para diámetros superiores, el mango es cónico (tipo Morse). • Ángulo de corte. El ángulo de corte normal en una broca es el de 118°. También se puede utilizar el de 135°, quizá m enos conocido pero, quizás, más eficiente al emplear un ángulo obtuso más amplio para el corte de los materiales. • Número de labios o flautas. La cantidad más común de labios (también llamados flautas) es dos y después cuatro, aunque hay brocas de tres flautas o brocas de una (sola y derecha). • Profundidad de los labios. También importante pues afecta a la fortaleza de la broca. • Ángulo de la hélice. Es variable de unas brocas a otras dependiendo del material que se trate de taladrar. Tiene como objetivo facilitar la evacuación de la viruta.

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• Material constitutivo de la broca. Existen tres tipos básicos de materiales: -

Acero al carbono, para taladrar materiales muy blandos (madera, plástico, etc.)

-

Acero rápido (HSS), para taladrar aceros de poca dureza

-

Metal duro (Widia), para taladrar fundiciones y aceros en trabajos de gran rendimiento.

• Acabado de la broca. Dependiendo del material y uso especifico de la broca, se le puede aplicar una capa de recubrimiento que puede ser de óxido negro, de titanio o de níquel, cubriendo total o parcialmente la broca, desde el punto de corte. Para las máquinas taladradoras de gran producción se utilizan brocas macizas de metal duro para agujeros pequeños y barras de mandrinar con plaquitas cambiables para el mecanizado de agujeros grandes. Su selección se hace teniendo en cuenta el material de la pieza, el tipo de aplicación y las condiciones de mecanizado. Las operaciones que podemos realizar en una taladradora son: • Taladro: operación principal de los taladros, al realizar esta operación lo que conseguimos un orificio en la pieza a trabajar, estos pueden ser: -

Agujeros pasantes

-

Agujeros ciegos.

• Escariado: operación complementaria del taladro, que consiste en ampliar ligeramente o acabar un agujero ya taladrado. • Refrentado: esta operación consiste en aplanar la superficie que circunda el orificio o taladro para que asiente perfectamente las arandelas, cabezas de tornillos u otros elementos que tengan que apoyar contra es superficie. • Penetrado: su finalidad es hacer alojamientos en las piezas alrededor de un perno, vástago, etc. • Barrenado: consiste en agrandar un efectuado, mediante útiles de desbastar.

agujero

previamente

• Recortado: se realiza utilizando una herramienta especial, compuesta de un brazo radial que lleva una cuchilla desplazable con objeto de poderla ajustar a la posición deseada. • Roscado: se realiza la operación haciendo en la pieza el agujero adecuado, después se sustituye la roca por el macho de roscar.

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2.4.4 Características técnicas de las taladradoras. Las características técnicas de una taladradora es importante conocerlas, ya que cada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidades mínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmente encontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla 2.18). Clases de taladradora. Características generales

Naturaleza del cabezal. Tipo de columna.

Características de capacidad

Capacidad de taladrado. (Diámetro máximo del taladro). Distancia del husillo a la mesa. Potencia del motor.

Características de trabajo

Gama de velocidades de giro del husillo portabrocas. Gama de velocidades de avance del husillo.

Tabla 2.17 Características Técnicas de una taladradora.

2.4.5 Operaciones de revisión en las taladradoras Al igual que las maquinas-herramientas anteriormente vistas las operaciones de revisión necesarias son las que engloban los siguientes parámetros: • Cimentación y nivelación. Las taladradoras deben estar sujetas en cimientos que amortigüen de la mejor forma posible las vibraciones, así como que esté correctamente nivelada para asegurar un buen funcionamiento a la mesa. • Alineación. Mediante el uso de comparadores hay que verificar que la mesa esté totalmente alineada procediendo a su reglaje si se observan desalineaciones. • Funcionamiento del husillo. Se hace necesario verificar periódicamente con un comparador el posible descentrado del eje en su movimiento rotatorio. • Comprobación de la precisión de los nonios graduados. Verificar si los desplazamientos reales coinciden con la graduación de los tambores.

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2.4.6 Parámetros de corte en la taladradora. Los parámetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso de taladrado son los siguientes: • Elección del tipo de broca más adecuado. • Sistema de fijación de la pieza. • Velocidad de corte (Vc) de la broca expresada de metros/minuto. • Diámetro exterior de la broca u otra herramienta. • Revoluciones por minuto (rpm) del husillo portabrocas. • Avance en mm/rev., de la broca. • Avance en mm/mi de la broca. • Profundidad del agujero. • Esfuerzos de corte. • Tipo de taladradora y accesorios adecuados. La velocidad de corte se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la broca u otra herramienta que se utilice en la taladradora (Escariador, macho de roscar, etc.). La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de broca que se utilice, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta. A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar las revoluciones por minuto que tendrá el husillo según la siguiente fórmula (Ecuación 2.17): n min-1 * π* DC mm m = VC  mm min  1000  m

2.17

Donde:  VC es la velocidad de corte.  n es la velocidad de rotación de la herramienta.  DC es el diámetro de la pieza. La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de la herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos

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tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. En ocasiones, es deseable ajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección. La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta en operación de corte no es lineal. Una velocidad de corte excesiva puede dar lugar a un desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta, a la deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado y, en general, a una calidad del mecanizado deficiente. Por otra parte, una velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a la formación de filo de aportación en la herramienta, a dificultades en la evacuación de viruta y al aumento del tiempo de mecanizado, lo cual se traduce en una baja productividad y un coste elevado del mecanizado. La velocidad de rotación del husillo portaherramientas se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). Hay una gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a la velocidad de corte y al diámetro de la herramienta (Ecuación 2.18). m mm VC   * 1000   m min n min  = π* DC mm -1

2.18

La velocidad de avance en el taladrado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de taladrado. Cada broca puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución (frev). Este rango depende fundamentalmente diámetro de la broca, de la profundidad del agujero, además del tipo de material de la pieza y de la calidad de la broca. Este rango de velocidades se determina experimentalmente y se encuentra en los catálogos de los fabricantes de brocas. Además esta velocidad está limitada por las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potencia del motor de avance de la máquina. El grosor máximo de viruta en mm es el indicador de limitación más importante para una broca. El filo de corte de las herramientas se prueba para que tenga un valor determinado entre un mínimo y un máximo de grosor de la viruta. La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la velocidad de rotación de la herramienta (Ecuación 2.19). 

= 



  ∗     92

2.19

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Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en las taladradoras convencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de velocidades disponibles, mientras que las taladradoras de control numérico pueden trabajar con cualquier velocidad de avance hasta la máxima velocidad de avance de la máquina. • Efectos de la velocidad de avance: -

Decisiva para la formación de viruta

-

Afecta al consumo de potencia

-

Contribuye a la tensión mecánica y térmica

• La elevada velocidad de avance da lugar a: -

Buen control de viruta

-

Menor tiempo de corte

-

Menor desgaste de la herramienta

-

Riesgo más alto de rotura de la herramienta

-

Elevada rugosidad superficial del mecanizado.

• La velocidad de avance baja da lugar a: -

Viruta más larga

-

Mejora de la calidad del mecanizado

-

Desgaste acelerado de la herramienta

-

Mayor duración del tiempo de mecanizado

-

Mayor coste del mecanizado

El tiempo de mecanizado puede calcularse a partir de la siguiente ecuación (Ecuación 2.20). 8  =

.  9  ó   + .  4     

2.20

La fuerza de corte depende de los ángulos y tipo de la herramienta, resistencia a la cortadura del material de la pieza, sección de viruta arrancada, avance, velocidad de corte,… La fórmula general de la fuerza de corte (Ecuación 2.21) es: ;" = # " ∗ $ Siendo: -

S es la sección de la viruta arrancada.

-

KC es la fuerza específica de corte. 93

2.21

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La sección de la viruta (Ecuación 2.22) es: $ -  =

-



< ∗<   = .

2.22

Donde: -

D es el diámetro de la broca en mm.

-

f es el avance.

La fuerza específica KC (Ecuación 2.23) es: # " =  ∗ &'

2.23

Donde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar en función de la resistencia del material (Tabla 2.19) o en función de la sección de viruta (Tabla 2.20): Resistencia del material (kg/mm 2)

50

KC Relación c

60

70

75

80

90

100

228 278

317

342

368

406

484

4.5

4.5

4.5

4.6

4.5

4.8

4.6

Tabla 2.19 Valor c en función de la resistencia del material.

Sección de viruta S = mm 2

1

2

4

6

8

10

12

Relación c

4.8

4.5

4

3.7

3.5

3.5

3.3

Tabla 2.20 Valor c en función de la sección de la viruta.

La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado habitualmente se expresa CV y se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga la taladradora. Esta fuerza específica de corte (kc) es una constante que se determina en función del tipo de material que se está mecanizando, la geometría de la herramienta, el espesor de viruta, etc. Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene que dividirse por un determinado valor adimensional que tiene en cuenta el rendimiento de la máquina (ρ). Este valor es la relación entre la potencia de corte efectiva, es

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decir, la potencia necesaria en la herramienta; respecto a la potencia consumida el motor de accionamiento principal de la máquina. Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.24) vendrá definida por:

)" "* =

;" 5

+. 6 ∗ *"    ./00 ∗ ƞ

2.24

Donde:

2.5

-

Pc es la potencia de corte (CV).

-

Fc es la fuerza de corte.

-

Vc es la velocidad de corte.

-

ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.

Mandrinadora.

Se denomina mandrinadora a una máquina herramienta que se utiliza básicamente para el mecanizado de agujeros de piezas cúbicas cuando es necesario que estos agujeros tengan una tolerancia muy estrecha y una calidad de mecanizado buena. La necesidad de tener que conseguir estas tolerancias tan estrechas hace que la mandrinadora exija una gran pericia y experiencia a los operarios que la manejan. Las mandrinadoras son máquinas que están quedando obsoletas y están siendo sustituidas por modernos Centros de Mecanizado donde es posible mecanizar casi de forma completa una pieza cúbica que lleve distintos tipos de mecanizado y sea mecanizada por varias caras, gracias al almacén de herramientas que llevan incorporados y al programa de ordenador que permite conseguir todos los mecanizados requeridos. La mandrinadora es una máquina cuya herramienta animada de un movimiento de rotación con avance o sin él y generalmente en posición horizontal. Su finalidad es aumentar el diámetro de orificios de las piezas a mecanizar que permanecen fijas o avanzan hacia la herramienta. Los movimientos de trabajo son (Figura 2.32): • Movimiento de corte viene dado por rotación de la herramienta. • Movimiento de avance se obtiene por el desplazamiento axial de la herramienta o por desplazamiento longitudinal de la pieza. • Movimiento de profundidad de pasada se obtiene a partir del desplazamiento radial de la herramienta. 95

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Figura 2.32 Movimiento de trabajo en la mandrinadora.

2.5.1 Componentes y accesorios principales. La anatomía estructural de una mandrinadora básicamente está compuesta por una bancada donde hay una mesa giratoria para fijar las piezas que se van a mecanizar, y una columna vertical por la que se desplaza el cabezal motorizado que hace girar al husillo portaherramientas donde se sujetan las barras de mandrinar.

Figura 2.33 Partes de una mandrinadora. A. Bancada. B. Mesa de trabajo. C. Motor. D. Torreta vertical. E. Eje de mandrinado.

La única peculiaridad de este tipo de maquinas es su mesa, ya que esta pude inclinarse o girarse para facilitar algún tipo de operaciones.

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2.5.2 Herramientas y operaciones realizadas en una mandrinadora. La herramienta de mandrinar tiene unas connotaciones especiales, de una parte tiene que ser lo más robusta posible, para evitar vibraciones y de otra tiene que tener un mecanismo de ajuste muy preciso para poder conseguir la tolerancia precisa del agujero, donde a veces es necesario conseguir tolerancias IT7 e incluso IT6. Factores de selección para operaciones de mandrinar: • Diseño y limitaciones de la pieza. Tamaño, tolerancias, tendencia a vibraciones, sistemas de sujeción, acabado superficial. Etc. • Operaciones de mandrinado a realizar: Exteriores o interiores, ranurados, desbaste, acabados, etc. • Estabilidad y condiciones de mecanizado: Cortes intermitente, voladizo de la pieza, forma y estado de la pieza, estado, potencia y accionamiento de la máquina, etc. • Disponibilidad y selección del tipo de máquina: Posibilidad de automatizar el mecanizado, poder realizar varias operaciones de forma simultánea, serie de piezas a mecanizar, calidad y cantidad del refrigerante, etc. • Material de la pieza: Dureza, estado, resistencia, maquinabilidad, barra, fundición, forja, mecanizado en seco o con refrigerante, etc. • Disponibilidad de herramientas: Calidad de las herramientas, sistema de sujeción de la herramienta, acceso al distribuidor de herramientas, servicio técnico de herramientas, asesoramiento técnico. • Aspectos económicos del mecanizado: Optimización del mecanizado, duración de la herramienta, precio de la herramienta, precio del tiempo de mecanizado Casi todas las operaciones de mandrinado se realizan en agujeros pasantes, y la mayoría requieren una pasada de desbaste y otra de acabado La limitación de las condiciones de corte en el mandrinado, vienen impuesta muchas veces, por la rigidez y voladizo que pueda tener la herramienta, porque si no son los adecuados, pueden producir vibraciones. Las condiciones de corte en el mandrinado, también las impone la calidad del mecanizado que se tenga que obtener y la precisión del agujero. Algunos de los aspectos especiales a tener en cuenta a la hora de mandrinar son:

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-

Se debe seleccionar el mayor diámetro de la barra posible y asegurarse una buena evacuación de la viruta. Seleccionar el menor voladizo posible de la barra. Seleccionar herramientas de la mayor tenacidad posible

-

Cuando se madrinan piezas cúbicas, éstas se fija en la mesa de trabajo de la máquina, y lo que gira es la herramienta de mandrinar que va sujeta en el husillo de la máquina, y donde se le imprime la velocidad adecuada de acuerdo con las características del material, y el material constituyente de la herramienta y el avance axial adecuado.

Las mandrinadoras se emplean principalmente para mandrinar agujeros de importancia sobre todo en piezas de formas irregulares como cilindros de máquinas de vapor, soportes de bielas, y en general, piezas que deben permanecer fijas. Las operaciones que pueden realizarse son las siguientes: • Mandrinado: Se realiza con herramientas en voladizo cuando son mandrinados cortos. Si se trata de mandrinados largos, se utiliza la barra de mandrinar. El mandrinado puede ser: -

Mandrinado de un solo filo.

-

Mandrinado multifilo.

-

Mandrinado escalonado.

• Taladrado: Aunque no es un trabajo propio de la mandrinadora, se realizan con frecuencia taladros utilizando brocas con mangos cónicos. • Escariado: Se repasan los orificios con escariadores fijos o regulables. • Refrentado: Se realiza esta operación utilizando el plato con el portaherramientas desplazable radialmente. • Roscado: En algunos tipos de mandrinadoras pueden darse avances al husillo, igual a los pasos normalizados de las roscas, y por tanto. • Fresado: Es una operación frecuente en las mandrinadoras y se realiza con fresas montadas sobre el eje cuando son de pequeños diámetros o sobre el plato cuando se trata de fresas grandes. Utilizando un portaherramientas orientable especial puede fresarse en cualquier ángulo. • Torneado: Si la mandrinadora va equipada con mesa circular dotada de rotación independiente pueden realizarse torneados.

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Figura 2.34 Tipos de mandrinado. A. Mandrinado de un solo filo. B. Mandrinado multifilo. multi C. Mandrinado escalonado. C. Escariado.

2.5.3 Características as técnicas de la mandrinadora. mandrinadora Las características técnicas de de una mandrinadora es importante conocerlas, ya que cada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidades mínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmente encontraremos las siguientes características características en los catálogos (Tabla ( 2.21). Altura. Características generales

Dimensiones del plano horizontal.. Peso de la máquina.

Características de capacidad

Superficie de sujeción de la mesa. Ranuras en T: - Dimensión - Cantidad - Espacio Peso máximo de la pieza. Diámetro del husillo de trabajo. Cono de sujeción en el husillo. Desplazamiento del husillo de trabajo. trabajo Revoluciones del husillo de trabajo. trabajo Avances de trabajo en las coordenadas.

Características de trabajo

Translación rápida en las coordenadas. Translación rápida del giro de la mesa. Potencia absorbida total de la máquina. máquina

Tabla 2.21 Características Técnicas de una mandrinadora. dora.

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2.5.4 Operaciones de revisión en la mandrinadora. Al igual que las maquinas-herramientas anteriormente vistas las operaciones de revisión necesarias son las que engloban los siguientes parámetros: • Cimentación y nivelación. Las taladradoras deben estar sujetas en cimientos que amortigüen de la mejor forma posible las vibraciones, así como que esté correctamente nivelada para asegurar un buen funcionamiento a la mesa. • Alineación. Mediante el uso de comparadores hay que verificar que la mesa esté totalmente alineada procediendo a su reglaje si se observan desalineaciones. • Funcionamiento del husillo. Se hace necesario verificar periódicamente con un comparador el posible descentrado del eje en su movimiento rotatorio. 2.5.5 Parámetros de corte en la mandrinadora. En el mandrinado hay seis parámetros clave: • Velocidad de corte. Se define como la velocidad lineal en la periferia de la herramienta que está mecanizando. Su elección viene determinada por el material de la herramienta, el tipo de material de la pieza y las características de la máquina. Una velocidad alta de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. La velocidad de corte se expresa en metros/minuto • Velocidad de rotación de la herramienta, normalmente expresada en revoluciones por minuto. Se calcula a partir de la velocidad de corte y del diámetro mayor de la pasada que se está mecanizando. • Avance, definido como la velocidad de penetración de la herramienta en el material. Se puede expresar de dos maneras: bien como milímetros de penetración por revolución de la pieza, o bien como milímetros de penetración por minuto de trabajo. • Profundidad de pasada: Es la distancia radial que abarca una herramienta en su fase de trabajo. Depende de las características de la pieza y de la potencia de la máquina. • Potencia de la máquina: Está expresada en kW, y es la que limita las condiciones generales del mecanizado, cuando no está limitado por otros factores. • Tiempo de mandrinado. Es el tiempo que tarda la herramienta en efectuar una pasada. 100

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La velocidad de corte se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la herramienta. La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta. A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar las revoluciones por minuto que tendrá el husillo según la siguiente fórmula (Ecuación 2.25): -1 n min * π* DC mm m = VC  mm min  1000  m

2.25

Donde:  VC es la velocidad de corte.  n es la velocidad de rotación de la herramienta.  DC es el diámetro de la pieza. La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de la herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. En ocasiones, es deseable ajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección. La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta en operación de corte no es lineal. Una velocidad de corte excesiva puede dar lugar a un desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta, a la deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del mecanizado y, en general, a una calidad del mecanizado deficiente. Por otra parte, una velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a la formación de filo de aportación en la herramienta, a dificultades en la evacuación de viruta y al aumento del tiempo de mecanizado, lo cual se traduce en una baja productividad y un coste elevado del mecanizado. La velocidad de rotación del husillo portaherramientas se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). Hay una gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidades de la caja de cambios de la máquina.

101

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La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a la velocidad de corte y al diámetro de la herramienta (Ecuación 2.26). m mm V   * 1000   C m min n min-1  = π* DC mm

2.26

La velocidad de avance en el mandrinado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de mandrinado. Cada herramienta puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución (frev). Este rango depende fundamentalmente diámetro de la broca, de la profundidad del agujero, además del tipo de material de la pieza y de la calidad de la broca. Este rango de velocidades se determina experimentalmente y se encuentra en los catálogos de los fabricantes. Además esta velocidad está limitada por las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potencia del motor de avance de la máquina. El grosor máximo de viruta en mm es el indicador de limitación más importante. El filo de corte de las herramientas se prueba para que tenga un valor determinado entre un mínimo y un máximo de grosor de la viruta. La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la velocidad de rotación de la herramienta (Ecuación 2.27). ;

= 



  ∗    

2.27

Los efectos que podemos ver según las características de corte son las siguientes: • Efectos de la velocidad de avance: -

Decisiva para la formación de viruta

-

Afecta al consumo de potencia

-

Contribuye a la tensión mecánica y térmica

• La elevada velocidad de avance da lugar a: -

Buen control de viruta

-

Menor tiempo de corte

-

Menor desgaste de la herramienta

-

Riesgo más alto de rotura de la herramienta

-

Elevada rugosidad superficial del mecanizado.

• La velocidad de avance baja da lugar a: -

Viruta más larga

102

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-

Mejora de la calidad del mecanizado

-

Desgaste acelerado de la herramienta

-

Mayor duración del tiempo de mecanizado

-

Mayor coste del mecanizado

El tiempo de mecanizado puede calcularse a partir de la siguiente ecuación (Ecuación 2.28). 8  =

.  9  ó   + .  4     

2.28

La fuerza de corte depende de los ángulos y tipo de la herramienta, resistencia a la cortadura del material de la pieza, sección de viruta arrancada, avance, velocidad de corte,… La fórmula general de la fuerza de corte (Ecuación 2.29) es: ;" = # " ∗ $

2.29

Siendo: -

S es la sección de la viruta arrancada.

-

KC es la fuerza específica de corte.

La potencia de corte dependiendo del tipo de operación realizada se definirá de una cierta manera, para ello se puede utilizar las formulas definidas anteriormente, es decir para una operaciones similares a las que se realizan con las mandrinadoras se utilizara la potencia de corte de la mandrinadora, de la misma forma será para las operaciones de fresado, taladrado o torneado.

2.6

Limadora.

La limadora mecánica es una máquina herramienta para el mecanizado de piezas por arranque de viruta, mediante el movimiento lineal alternativo de la herramienta o movimiento de corte. La mesa que sujeta la pieza a mecanizar realiza un movimiento de avance transversal, que puede ser intermitente para realizar determinados trabajos, como la generación de una superficie plana o de ranuras equidistantes. La limadora mecánica permite el mecanizado de piezas pequeñas y medianas y, por su fácil manejo y bajo consumo energético Los movimientos de trabajo de la limadora son:

103

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• Movimiento de corte: por desplazamiento longitudinal de la herramienta. • Movimiento de avance: por desplazamiento transversal de la pieza. • Movimiento de profundidad de pasada: por desplazamiento vertical de la herramienta.

Figura 2.35 Movimientos de trabajo para una limadora

2.6.1 Tipos de limadoras. Podemos distinguir dos tipos de limadoras principales a desarrollar: • Limadoras mecánicas: Son los tipos de limadoras más difundidos y utilizados, se compone de una bancada de fundición, en forma de caja, con una amplia base. En la parte superior van las guías por las que se desliza el carro o carnero, en cuya cabeza va el carrillo portaherramientas; dicho carrillo, además de ser inclinadle, puede subir o bajar mediante un tornillo sin fin, maniobrado por la manecilla posterior, para poder regular la profundidad de la pasada. El bloque portaherramientas puede oscilar alrededor de un eje para permitir que la herramienta, en su carrera de retroceso no fuerce entre las paredes del material en elaboración, evidentemente el carro, que realiza el movimiento intermitente, puede ser regulado en carrera y e velocidad. La mesa porta piezas puede subir o bajar maniobrando a mano un tornillo. En las limadoras mecánicas el funcionamiento se obtiene por un motor eléctrico de velocidad constante, montado encima o al lado de la bancada de la máquina. El movimiento es transmitido a los 104

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engranajes por medio de untar de poleas acanaladas y correas trapezoidales. Los engranajes de la caja de cambios reciben los movimientos y los transmiten a los otros órganos como lo son el sistema de accionamiento por palanca oscilante y volante. Mediante al inclinación de la herramienta de corte se pueden obtener superficies planas con cierta inclinación según sea necesario. • Limadora hidráulica: Los sistemas de accionamiento hidráulico han tenido una excelente aplicación en la limadoras, porque con el aceite a presión se realizan las mejores condiciones de funcionamiento, ya sea en la suavidad de los movimientos como en la comodidad de la maniobra. Las limadoras hidráulicas tienen el carro que se mueve bajo el impulso de un embolo que se desliza por el interior de un cilindro solidario de la bancada de la maquina. Las ventajas obtenidas con los mecanismos hidráulicos aplicados a las limadoras es la velocidad constante lograda en las carreras de avance y retroceso respecto a los mecanismo por medio de transmisiones, la detención automática del carnero cuando este se encuentre con una resistencia excesiva al avanzar provocada por la falta de filo en el material o por que la herramienta de corte no es la apropiada para el material a mecanizar. 2.6.2 Componentes principales. Mecanismo en una limadora. Los componentes principales en cualquier tipo de limadora son los siguientes: • La bancada, que es el elemento soporte de la máquina, aloja todos los mecanismos de accionamiento, suele ser de fundición y muy robusta. Está provista de guías horizontales sobre las que deslizan el carnero y dos guías verticales sobre las que puede desplazarse verticalmente la mesa. • Mesa, sobre las guías verticales de la parte frontal de la bancada se apoya un carro provisto de guías horizontales sobre las que se desplazan la mesa propiamente dicha, por tanto puede moverse verticalmente por desplazamiento vertical del carro. • Carnero, es la parte móvil de la máquina, desliza sobre guías horizontales situadas en la parte superior de la bancada y en cuya parte frontal hay una torreta provista de un portaherramientas en el que se fija la herramienta de corte. El resto de los componentes lo podemos ver en la siguiente imagen (Figura 2.36)

105

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Figura 2.36. Partes de una limadora. 1-2. Bancada. 3. Carnero. 4. Porta-herramienta. 5. Herramienta. 6. Mesa.

El mecanismo principal de la limadora es que aquel que produce el movimiento de vaivén en el carnero, transformando un movimiento rotativo en otro rectilíneo. Este movimiento puede conseguirse mediante los siguientes mecanismos: • Por una cremallera, hay dos posibles movimientos un movimiento lento en fase de trabajo y un movimiento rápido en fase de retroceso. Las ventajas es que la velocidad de corte es constante, los inconvenientes es que es imposible aplicarlo en velocidad de corte altas por deslizamiento de las correas en las inversiones de marcha. • Por una biela-manivela el inconveniente es que velocidad de avance es igual a la velocidad de retroceso. • Por palanca oscilante y plato-manivela, los elementos principales serian: -

una palanca ranurada longitudinalmente que oscila alrededor de un eje situado en la parte baja de la bancada.

-

un plato manivela provisto de una maneta desplazable radialmente a voluntad que desliza en la ranura longitudinal de la palanca.

Las ventajas de este sistema es que no se producen variaciones bruscas en el sentido de la marcha ya que el cambio se hace progresivamente y los esfuerzos de inercia queda disminuidos.

106

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• Accionamiento hidráulico, hidráulico, la ventaja de este método es que la velocidad de corte es constante, pueden regularse independientemente la velocidad de corte y la de retroceso, puede regularse la presión de la herramienta herramienta y se detiene automáticamente cuando ay una resistencia excesiva, mientras que los inconvenientes es que la velocidad de corte es menor y la viscosidad del aceite puede variar la temperatura.

Figura 2.37 Movimiento del carnero mediante una palanca oscilante y un planto-manivela. planto

2.6.3 Herramientas y operaciones realizadas en una limadora. Las herramientas para las limadoras, suelen ser de acero al carbono o acero rápido, debido a que la máquina m quina no alcanza grandes velocidades, y en consecuencia queda anulada ada la principal ventaja de los metales duros. Las herramientas se fijan mediante un estribo con un tornillo a la porta herramienta. Tendremos un batiente la cual se levanta con el retroceso del carnero para impedir que la herramienta choque bruscamente y se rompa. Además podemos variar la inclinación de la herramienta girando la torreta. La herramienta consta de tres movimientos distintos (Figura ( 2.38 8), estos son: • Movimiento de inclinación de la herramienta: podemos obtener un giro de la torreta, un giro de de la porta herramienta y un giro del soporte de la torreta. • Movimiento vertical: es el movimiento de profundidad de pasada • Movimiento de corte de herramienta: se obtiene por el desplazamiento rectilíneo y en vaivén del carnero sobre las guías.

107

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Figura 2.38 Movimiento de la herramienta en una limadora.

Las operaciones más frecuentes son: • Planeado. • Labrado de superficies verticales o inclinadas. • Rasurado. • Perfilado. 2.6.4 Características técnicas de las limadoras. Las características técnicas de una mandrinadora es es importante conocerlas, ya que cada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidades mínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmente encontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla 2.22). Altura. Características generales

Dimensiones del plano horizontal.. Peso de la máquina. Potencia de la maquina. Superficie perficie de sujeción de la mesa.

Características de capacidad

Peso máximo de la pieza. Desplazamiento del carnero. Velocidad de avance de la herramienta.

Características rísticas de trabajo

Relación avance-retroceso. Distancia de la herramienta a la mesa.

Tabla 2.22 2 Características Técnicas de una limadora.

108

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2.6.5 Operaciones de revisión en la limadora. Al igual que las maquinas-herramientas anteriormente vistas las operaciones de revisión necesarias son las que engloban los siguientes parámetros: • Cimentación y nivelación. Las taladradoras deben estar sujetas en cimientos que amortigüen de la mejor forma posible las vibraciones, así como que esté correctamente nivelada para asegurar un buen funcionamiento a la mesa. • Alineación. Mediante el uso de comparadores hay que verificar que la mesa esté totalmente alineada procediendo a su reglaje si se observan desalineaciones. • Funcionamiento del mecanismo impulsor del carnero. Se hace necesario verificar periódicamente. 2.6.6 Parámetros de corte en la limadora. Los parámetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso de limado son los siguientes: • Elección del tipo de herramienta más adecuado. • Sistema de fijación de la pieza. • Velocidad de corte (Vc) expresada en metros/minuto. • Avance en mm/mi de la herramienta. • Profundidad de pasada. • Esfuerzos de corte. La velocidad de corte que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de la profundidad de pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta. El tiempo de limado se define como el tiempo que tarda la herramienta en efectuar una pasada, y se determina según la siguiente ecuación (Ecuación 2.30): T (minutos) =

        

109

2.30

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La fuerza de corte está definida por la siguiente formula (Ecuación 2.31) es: ;" = # " ∗ $

2.31

Siendo: -

S es la sección de la viruta arrancada.

-

KC es la fuerza específica de corte.

La sección de la viruta (Ecuación 2.32) es: $= ∗ 

2.32

Donde: -

p es la profundidad de corte en mm.

-

a es el avance en mm.

La fuerza específica KC (Ecuación 2.33) es: # " =  ∗ &'

2.33

Donde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar en función de la resistencia del material (Tabla 2.23) o en función de la sección de viruta (Tabla 2.24): Resistencia del material (kg/mm2)

50

60

70

75

80

90

100

KC

228

278

317

342

368

406

484

Relación c

4.5

4.6

4.5

4.5

4.6

4.5

4.8

Tabla 2.23 Valor c en función de la resistencia del material.

Sección de viruta S = mm2

1

2

4

6

8

10

12

Relación c

4.8

4.5

4

3.7

3.5

3.5

3.3

Tabla 2.24 Valor c en función de la sección de la viruta.

La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga la máquina. Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.34) vendrá definida por:

110

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)" "* =

# " +./ -  ∗    ∗

./00 ∗ ƞ



 ∗ *"    

2.34

Donde:

2.7

-

Pc es la potencia de corte (CV).

-

Ac es el diámetro de la pieza (mm).

-

f es la velocidad de avance (mm/min).

-

Vc es la velocidad de corte (m/min).

-

ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.

Cepilladora.

Es una máquina-herramienta que sustituye a la limadora en el caso de que las piezas sean de grandes dimensiones, ya que ésta no tiene capacidad para mecanizarlas. Por tanto para mecanizar superficies planas de piezas de grandes dimensiones se utilizan las cepilladoras. En estas máquinas, al contrario que en las limadoras, el movimiento de corte se le comunica a la pieza, mediante la mesa portapiezas, mientras que los movimientos de avance y profundidad de corte, se le comunican a la herramienta. En efecto el carro de una limadora tiene tendencia a inclinarse a medida que llega al final de la carrera útil. Este fenómeno es debido a que el carro mismo pierde el juego entre las guías por el propio peso genera que la herramienta no recorra una trayectoria rectilínea durante su carrera de trabajo. Esto no ocurre en las cepilladoras ya que, por cuanto la herramienta, va fijada a la torre de un travesaño y no tiene movimiento alternativo; es la pieza fijada en la mesa la cual realiza el movimiento alternado por debajo de la herramienta de corte. Los movimientos de trabajo de la cepilladora se dividen en (Figura 2.39): • Movimiento de corte: desplazamiento longitudinal de la pieza. • Movimiento de herramienta.

avance:

desplazamiento

transversal

de

la

Movimiento por profundidad de pasada: desplazamiento vertical de la herramienta.

111

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Figura 2.39 2.3 Movimiento de trabajo en una cepilladora.

En las cepilladoras ras el movimiento de corte se obtiene moviendo la pieza sólidamente fijada sobre la mesa por debajo de la herramienta. Este movimiento generalmente es más lento en la carrera de corte de retroceso, estando ambas velocidades aproximadamente en relación de 1,5 a 4. El movimiento de la mesa sobre la que va situada la pieza puede verificarse por cuatro sistemas: • Por tornillo y cremallera. • Por engranaje y cremallera. cre • Por tornillo y tuerca. • Hidráulicamente. 2.7.1 Tipos de cepilladoras. Se clasifican en relación al número de montantes de la maquina: • Cepilladora de 1 montante: son usadas para el planeado pla de superficies muy grande. grande La diferencia de este tipo es que el travesaño ravesaño que se encuentra en voladizo debe ser más robusto para soportar y evitar las vibraciones durante el arranque de la viruta. También este tipo de cepilladora puede tener 1 solo carro porta herramientas o varios según la versión de las maquina o necesidad. nece • Cepilladora de 2 montantes: son los más usados a la hora de elegir ya que ofrecen mucha solidez, se compone de una bancada de fundición, a los lados se levantan dos montantes, sobre la 112

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bancada van las guías a trabajar, puede trasladarse con movimiento alternativo de avance y retroceso. Los 2 montantes también llevan guías laterales para el deslizamiento del travesaño que regula su altura mediante mediante la rotación simultánea de 2 husillos, a lo largo de dicho travesaño se encuentra el carrillo porta herramienta el cual realizara el movimiento lateral intermitente según los desplazamientos proporcionales obtenidos al final de cada carrera de retroceso de la mesa. El más empleado es el de dos montantes, dotados de uno o dos carros portaherramientas con movimiento independiente. Hay también cepilladuras especiales como son las cepilladoras copiadoras, las cepilladuras fresadoras y las cepilladuras de dos sentidos de corte.

2.7.2 Componentes principales de las cepilladoras. Las cepilladoras normales están formadas por una bancada, una mesa o tablero, los montantes el travesaño o frontón, el puente o carro transversal y el portaherramientas. • Bancada: Es la parte más robusta de la máquina soporta todo el conjunto y debe absorber las vibraciones que se producen en los cambios de sentido de movimiento de la mesa, que se desliza sobre guías. La calidad de ejecución de estas guías es de lo que depende en gran parte la precisión de la máquina. (Figura 2.40 A). • Mesa: Es la parte de la máquina sobre la que se fijan las piezas que se han de trabajar. Va provista de agujeros o ranuras para enganchar los accesorios de fijación de la pieza que han de ir firmemente sujetas a la mesa. También deben ser robustas para resistir el peso de las piezas y los esfuerzos desiguales que producen los medios de fijación de las piezas. (Figura 2.40 B). • Montantes: Situados uno a cada lado de la bancada tienen por objeto sostener el puente que soporta el carro portaherramientas. También se fabrican cepilladuras de un solo montante, que debe ser mucho más robusto, ya que no sólo estará sometido a flexión sino también a torsión. (Figura 2.40 C). • Travesaño o frontón: Es la parte superior de la máquina, une los dos montantes y asegura su paralelismo. (Figura 2.40 D) • Puente o brazo: Parte móvil que une los dos montantes y sirve de guía para el carro porta herramienta. (Figura 2.40 E).

113

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Figura 2.40 2. Partes de una cepilladora.

2.7.3 Herramienta y operaciones principales. Las herramientas según las funciones a que son destinadas las herramientas pueden ser de diversas formas que las utilizadas por los tornos. Se señala que los tipos análogos son los que corresponden a las exigencias de las cepilladoras y las limadoras para realizar trabajos en plano, adoptando la forma acodada para el mango y así evitar que la herramienta tropiece y se rompa debido al momento flector originado. A la herramienta se le puede dar movimiento en dos direcciones (Figura ( 2.41), una en dirección transversal que se consigue por la traslación de carro portaherramientas sobre el puente y un movimiento vertical, que se puede conseguir o bien desplazando verticalmente el puente o desplazando verticalmente el carro portaherramientas.

Figura 2.41 Movimiento de la herramienta en una cepilladora.

114

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La operación principal es el planeado, pero también se labran superficies verticales, ranuras, rebajes, etc. El planeado consiste en mecanizar superficies planas, el ranurado consiste en mecanizar ranuras, el rebajado consiste en bajar la cota de una franja longitudinal de la pieza. 2.7.4 Características principales de las cepilladoras. Las características técnicas de una mandrinadora es importante conocerlas, ya que cada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidades mínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmente encontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla 2.25). Altura. Dimensiones del plano horizontal. Características generales

Peso de la máquina. Potencia de la maquina. Gama de velocidades Superficie de sujeción de la mesa.

Características de capacidad

Distancias de trabajo. (longitudinal, transversal y vertical) Peso máximo de la pieza.

Características de trabajo

Velocidad de avance. Potencia absorbida total de la máquina.

Tabla 2.25 Características Técnicas de una cepilladora.

2.7.5 Operaciones de revisión en las cepilladoras. Al igual que las maquinas-herramientas anteriormente vistas las operaciones de revisión necesarias son las que engloban los siguientes parámetros: • Cimentación y nivelación. Las taladradoras deben estar sujetas en cimientos que amortigüen de la mejor forma posible las vibraciones, así como que esté correctamente nivelada para asegurar un buen funcionamiento a la mesa. • Alineación. Mediante el uso de comparadores hay que verificar que la mesa esté totalmente alineada procediendo a su reglaje si se observan desalineaciones.

115

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• Funcionamiento del puente. Se hace necesario verificar periódicamente con un comparador el posible descentrado del eje. 2.7.6 Parámetros de corte en la cepilladora. La velocidad de corte que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de la profundidad de pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. El tiempo de cepillado se define como el tiempo que tarda la herramienta en efectuar una pasada, y se determina según la siguiente ecuación (Ecuación 2.35):       2.35    La fuerza de corte está definida por la siguiente formula (Ecuación 2.36) es: T (minutos) =

;" = # " ∗ $

2.36

Siendo: -

S es la sección de la viruta arrancada.

-

KC es la fuerza específica de corte.

La sección de la viruta (Ecuación 2.37) es: $= ∗ 

2.37

Donde: -

p es la profundidad de corte en mm.

-

a es el avance en mm.

La fuerza específica KC (Ecuación 2.38) es: # " =  ∗ &'

2.38

Donde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar en función de la resistencia del material (Tabla 2.26) o en función de la sección de viruta (Tabla 2.27):

116

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Resistencia del material (kg/mm2)

50

60

70

75

80

90

100

KC

228

278

317

342

368

406

484

Relación c

4.5

4.6

4.5

4.5

4.6

4.5

4.8

Tabla 2.26 Valor c en función de la resistencia del material.

Sección de viruta S = mm2

1

2

4

6

8

10

12

Relación c

4.8

4.5

4

3.7

3.5

3.5

3.3

Tabla 2.27 Valor c en función de la sección de la viruta.

La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga la máquina. Se expresa en kilovatios (CV). Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.39) vendrá definida por: )" "* =

# " +./ -  ∗    ∗

./00 ∗ ƞ



 ∗ *"    

2.39

Donde:

2.8

-

Pc es la potencia de corte (CV).

-

Ac es el diámetro de la pieza (mm).

-

f es la velocidad de avance (mm/min).

-

Vc es la velocidad de corte (m/min).

-

ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.

Brochadora.

Máquina-herramienta, que está dotada de una herramienta característica en forma de barra provista de múltiples dientes que se denomina brocha o aguja de brochar. Se utiliza para mecanizar superficies paralelas a su generatriz en una sola pasada de movimiento rectilíneo. Los movimientos de trabajo son: • Movimientos herramienta.

de

corte:

117

desplazamiento

rectilíneo

de

la

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• Movimiento de avance: avance no existe. • Movimiento de profundidad de pasada: pasada se produce automáticamente y progresivamente a medida que avanza la brocha y es constante para cada herramienta.

Figura 2.42 42 Movimiento de trabajo en una brochadora.

2.8.1 Tipos de brochadoras. Se construyen dos clases de brochadoras que se diferencian en la posición posició en que trabaja la herramienta: Horizontales La unidad de corte tiene impulsión • Brochadoras Horizontales: mecánica o hidráulica. Pueden trabajar en superficies internas y externas, en piezas de trabajo grandes. Se utilizan para trabajo externo como ranuras y otras formas formas irregulares. La brochadora horizontal tiene mayor capacidad que la vertical, además puede recibir piezas de trabajo de mayor tamaño. tamaño • Brochadoras Verticales: Son del tipo de acción ascendente o descendente. La brocha vertical se parece al cepillo de codo cod vertical, con la diferencia de que puede utilizarse un gran número de brochas. -

Las brochadoras verticales descendentes tienen un mecanismo que hace bajar la guía o piloto (extremo pequeño de la brocha) a un agujero en la pieza de trabajo. Después se conectan ctan tiradores automáticos para las brochas que tiran de ellas hacia abajo sobre la pieza de trabajo.

-

Las brochadoras verticales ascendentes tienen la pieza de trabajo colocada debajo de la mesa. La brocha se avanza contra la pieza desde abajo, se conecta con un mecanismo de tracción de brochas y la sube sobre la pieza de trabajo.

• Brochadoras Verticales Para Superficies: Se utilizan para empujar la brocha hacia abajo contra la pieza de trabajo. La brocha está montada en una corredera vertical sujeta en la columna. c Esta máquina es para trabajo pesado.

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• Brochadoras Continuas Para Superficies: Tienen mayor capacidad de producción. Las piezas de trabajo se cargan en un mecanismo de impulsión del tipo de cadena y se tira de ellas para pasar frente a las brochas con una cadena continua. 2.8.2 Componentes principales. Básicamente destacan tres componentes, (Figura 2.43) son: • Bancada: que es el soporte general de la máquina y alberga todos los elementos de transmisión de la potencia del motor al brazo tractor o impulsor. • Mesa: sirve para apoyar la pieza que se ha de mecanizar, no es preciso ningún procedimiento de sujeción de la pieza pues la herramienta ejerce sobre ella un esfuerzo de tracción que la aprieta contra la mesa. • Brazo tractor o impulsor: según tire o empuje y es el órgano que transmite el movimiento rectilíneo.

Figura 2.43 Componentes principales en una brochadora. A. Bancada. B. Mesa. C. Brazo tractor.

2.8.3 Herramientas y operaciones principales. La herramienta es la pieza fundamental de la brochadora, hasta el punto de que puede considerarse que la máquina no es más que un dispositivo para proporcionar el sencillo movimiento rectilíneo a la brocha. Las herramientas de las brochas denominadas brochas o agujas de brochar, son barras provistas de múltiples hileras de dientes, siendo la sección de trabajo de cada hilera un poco mayor que la hilera anterior, lo que produce un débil aumento

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de pasada de hilera, en su avance, hasta llegar a la dimensión definitiva, con el paso de los últimos dientes. Hay dos clases de brochas adecuadas a la clase de trabajo que han de realizar: • Brochas para mecanizar interiores: para mecanizar interiores se emplean dos tipos de brochas, las planas y las cónicas, también denominadas cilíndricas, de las que se construyen las siguientes modalidades: -

Brochas planas para interiores: se emplean generalmente para mecanizar chaveteros.  Con dentado perpendicular al eje de la brocha.  Con dentado oblicuo al eje de la brocha.

-

Brochas cónicas para interiores: se emplean para mecanizar agujeros redondos, poligonales (cuadrados, hexagonales, etc.), y estriados. Frecuentemente las brochas cónicas, llevan secciones de diferente dentado, por ejemplo redondo para realizar agujeros y después estriado para mecanizar estrías. Estas son las denominadas brochas combinadas.  Con dentado anular.  Con dentado helicoidal.

• Brochas para mecanizar exteriores: para mecanizar exteriores, menos extendidas que las interiores.

Figura 2.44 A. Brocha de interior. B. Brocha de exterior.

Las brochas para mecanizar interiores tuenen distinta forma según se construyan para ser accionadas a tracción o a compresión. • Brochas a tracción: son generalmente de gran longitud en relación a su sección y constan de t partes. -

La caña o mango es la extremidad delantera por la que se une al portaherramientas del brazo, para lo que debe tener su extremo de forma apropiada. Su sección, que es la mínima de toda la brocha, debe ser inferior a la del agujero previo, practicado en la pieza que se ha de brochar, pero debe ser suficiente para soportar el esfuerzo a que se ha de someter en el trabajo. 120

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-

La guía delantero, que es la sección de la brocha situada inmediatamente detrás de la caña, sirve para centrar en el agujero de la pieza al principio de la pasada.

-

El cuerpo dentado, es la parte activa y, por lo tanto, principal de la brocha. Está formado por hileras de dientes en 3 secciones, dos cónicas y una cilíndrica. Las secciones cónicas son la de desbaste, que es la primera, y la de acabado, de conicidad menor. La sección cilíndrica es la última y está formada por 4 ó 5 hileras de dientes de igual sección que no trabajan y constituyen la reserva de las hileras de calibrado.

• Brochas de compresión: son más cortas que las brochas a tracción, para evitar que pandeen al ejercer sobre ellas la presión necesaria para el corte. Estas brochas se utilizan, casi exclusivamente, en máquinas verticales. Su forma es similar a las brochas de tracción y constan de tres partes. -

Guía delantera para facilitar el centrado de la brocha en el agujero de la pieza.

-

El cuerpo dentado similar al de las brochas de tracción

-

La cabeza, de la misma sección que el cuerpo dentado y longitud igual o mayor. Esta cabeza va provista de un tetón para fijarla en el cabezal de la máquina.

Figura 2.45 Brocha interior a tracción. A. Caña. B. Guía. C. Cuerpo dentado.

Para la fijación de las características de las brochas es necesario determinar los siguientes elementos del dentado: • Paso de los dientes. El paso de los dientes es la distancia entre los vértices de dos dientes consecutivos, medida perpendicularmente a las aristas de corte. Prácticamente no se utiliza nunca un paso inferior a 4,5 mm. Si se trata de mecanizar piezas muy corta, se aumenta la longitud a mecanizar apilando varias piezas. El paso se mantiene constante a lo largo de la brocha. Únicamente se varía cuando se desea obtener superficies muy pulidas.

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• Longitud del cuerpo dentado. Define el número de dientes en contacto con la pieza, este número no debe ser superior a 6, ni inferior a 3. Cuando n es inferior a 3 se brochan varias piezas en paquete o se sustituye el dentado recto por uno oblicuo. • Incremento de la altura de los dientes. Las brochas actúan cortando cada hilera de dientes una delgada capa del material, puesto que los dientes van creciendo en altura. Se denomina incremento de la altura de los dientes a la diferencia entre el diámetro de los filos de una hilera de dientes y el diámetro de la hilera anterior. El incremente de la altura de los dientes depende del material a mecanizar y del material de la brocha. Cuanto más duro sea el material a mecanizar, más pequeño habrá de ser el incremento de los dientes. • Número de dientes. El número de dientes dependerá del espesor de material que debe arrancarse, es decir, la diferencia entre el diámetro inicial y final del agujero. • Perfil de los dientes. Están definidos por cuatro dimensiones principales: -

La profundidad o altura.

-

El ángulo de ataque.

-

El ángulo de desprendimiento.

-

La longitud de la superficie de desprendimiento.

-

El radio de la base.

El brochado se emplea principalmente para la realización de formas poligonales partiendo generalmente de agujeros cilíndricos, pero también se emplea para la obtención de ranuras de chaveteros. 2.8.4 Características de las brochadoras. Las características técnicas de una Brochadora es importante conocerlas, ya que cada máquina tendrá unas limitaciones y estas deberán satisfacer las necesidades mínimas para realizar el trabajo requerido en una industria o taller. Normalmente encontraremos las siguientes características en los catálogos (Tabla 2.28). Altura. Características generales

Dimensiones del plano longitudinal. Peso de la máquina. Potencia de la máquina.

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Características de capacidad Características de trabajo

Superficie de sujeción de la mesa. Peso máximo de la pieza. Velocidad de avance de la herramienta. Relación avance-retroceso.

Tabla 2.28 Características Técnicas de una brochadora.

2.8.5 Parámetros de corte en las brochadoras. La velocidad de corte que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de la profundidad de pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. La fuerza de corte está definida por la siguiente formula (Ecuación 2.40) es: ;" = # " ∗ $

2.40

Siendo: -

S es la sección de la viruta arrancada.

-

KC es la fuerza específica de corte.

La sección de la viruta (Ecuación 2.41) es: $= ∗∗

2.41

Donde: -

c es el perímetro de la hilera de dientes en contacto con la pieza.

-

e es el incremento de la altura de los dientes.

-

n es el número de hileras de dientes en contacto con la pieza.

La fuerza específica KC (Ecuación 2.42) es: # " =  ∗ &'

2.42

Donde c está comprendida entre 3 < c < 5. Este valor lo podemos encontrar en función de la resistencia del material (Tabla 2.29) o en función de la sección de viruta (Tabla 2.30):

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Resistencia del material (kg/mm2)

50

60

70

75

80

90

100

KC

228

278

317

342

368

406

484

Relación c

4.5

4.6

4.5

4.5

4.6

4.5

4.8

Tabla 2.29 Valor c en función de la resistencia del material.

Sección de viruta S = mm2

1

2

4

6

8

10

12

Relación c

4.8

4.5

4

3.7

3.5

3.5

3.3

Tabla 2.30 Valor c en función de la sección de la viruta.

La potencia de corte (Pc) necesaria para efectuar un determinado mecanizado se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga la máquina. Se expresa en kilovatios (kW). Por tanto la potencia de corte (Ecuación 2.43) vendrá definida por:  ∗  ∗  ∗ *" ∗ # " )" += = ./00 ∗ ƞ

2.43

Donde:

2.9

-

Pc es la potencia de corte (kW).

-

VC es la velocidad corte (mm/min).

-

ƞ es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.

Mecanizado por abrasivos.

Se conoce con el nombre de abrasivos, determinados materiales naturales o artificiales de gran dureza. Los abrasivos se proyectan o frotan sobre la superficie de la pieza que se desea limpiar, y los diminutos cristales que lo forman arrancan parte del material cuando sus aristas agudas se presentan de forma favorable. Las partículas arrancadas no tienen forma definida como las virutas de las máquinas herramientas, además son de un tamaño más pequeño del orden de la milésima de milímetro. Sin embargo, los abrasivos no se emplean generalmente para arranques importantes de material, sino más bien para limpieza, acabado y pulido.

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2.9.1 Clases de abrasivos. Se pueden clasificar dos tipos de abrasivos en función de la naturaleza de ellos, pueden ser: • Naturales, que son: -

El cuarzo es anhídrido silícico y se utiliza en forma de arena o en forma de piedra arenosa o asperón.

-

El esmeril está formado de un 50-65% de alúmina que es el elemento cortante y el resto son impurezas de óxido de hierro, sílice y cromo, se emplea pulverizado para la fabricación de lijas.

-

El corindón está formado de un 70-75% de alúmina, es más duro que el esmeril y de mejor calidad.

-

El diamante es carbono puro cristalizado y se utiliza en la fabricación de muelas diamantadas.

• Artificiales: -

El corindón artificial o alumdum, se obtiene a partir de la bauxita por fusión a 400 ºC y se obtenemos este abrasivo que contiene del 75-85% de alúmina.

-

El corindón blanco de mayor dureza se obtiene por fusión se la alúmina pura.

-

El carborundum es el nombre comercial del carburo de silicio y se obtiene a 2200 ºC carbón de cock, arena silícea, cloruro sódico y serrín, es el abrasivo más duro que se conoce.

2.9.2 Aplicaciones de los abrasivos. El campo de los materiales abrasivos está en pleno desarrollo debido a sus características, algunas de las aplicaciones posibles pueden ser: • Chorros de arena: Son aparatos compuestos de un depósito para la arena cuyo fondo cónico está unido a un tubo por el que circula una corriente de aire a. Las arenas son generalmente silíceas pero también se emplean granos de corindón. Tiene una gran aplicación industrial para la limpieza y preparación se piezas. • Lijas: Son hojas de papel o tela sobre las que se han añadido abrasivos en grano. Las que están montada sobre papel se usan para materiales blandos y según el tamaño de grano, se numeran del 1 al 16, 1 la más basta y 16 la más fina. Las montadas sobre tela mejor denominadas tela esmeril, se emplean para el lijado de

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metales con escala de tamaño de grano fino a basto en FF, F, 00, 0, 1, 1.5, 2, 2.5, 3. Las telas con abrasivos de carborundum se numeran con el número de malla por la que pasa el grano en 40, 60, 80, 100, 120. • Muelas: Son las herramientas de corte formadas por materiales abrasivos cuyos filos son los granos de éste y actúan generalmente al girar la muela a gran velocidad. Se utiliza para desbastar o rebajar piezas en trabajo de poca precisión, para afilar herramientas restableciendo sus filos y ángulos de corte, para rectificar o afinar piezas de elevado grado de precisión y para tronzar (cortar) materiales duros. Hay muelas naturales o de agua son piedras de arenisca o asperón cortadas en forma de disco, y las muelas artificiales que son las más utilizadas se fabrican de acuerdo a las necesidades específicas de su aplicación. Las propiedades de las muelas quedan definidas por cuatro características: -

Clase de abrasivo.

-

Tamaño de grano.

-

Grado de dureza.

-

Clase de aglomerado y estructura.

2.9.3 Máquinas para el mecanizado por abrasivos. • Esmeriladoras: Son máquinas muy sencillas, compuestas casi exclusivamente por las muelas y un motor que las acciona. Pueden ser fijas y portátiles. Las fijas se emplean para desbarbar o para dar formas rudimentarias para piezas sin presión y las portátiles se emplean exclusivamente para desbarbar. • Afiladoras: Son similares a las esmeriladoras, pero dotadas de una mesa montada sobre un pedestal y que desliza por unas guías verticales de éste. • Rectificadoras: Son máquinas de alta precisión empleadas para rectificar a las medidas exactas piezas mecanizadas con otras máquinas herramientas. Tienen como características especiales que las diferencian de otras máquinas herramientas: -

Una gran desproporción entre el tamaño de la pieza que se mecaniza y la máquina debido a la necesidad de evitar totalmente las vibraciones que impedirían obtener la precisión que se exige.

-

Esfuerzos de corte son muy inferiores a otras máquinas y por eso sus órganos de movimiento se calculan para resistir las altas velocidades a que se somete y no a presiones de corte. 126

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• Acabadoras: Permiten obtener una elevada precisión, superior a la obtenida con otras máquinas a las que tienen que superar en los acabados, con rugosidades inferiores a 1 micra. Comunican a la superficie un acabado espectacular. Hay dos tipos: -

Acabadoras propiamente dichas, suprimen las rugosidades que puedan quedar en el rectificado. Son las lapeadoras y superacabadoras.

-

Máquinas abrillantadoras, solamente dan brillo como son las pulidoras. Las acabadoras utilizan los abrasivos montados en soportes rígidos, en cambio, las abrillantadoras emplean soportes flexibles.

• Lapeadoras: se emplean para el acabado y redondeado de agujeros. La herramienta de eje vertical está formada por un conjunto de piedras en unos modelos o filas de esmeril y en otras van montadas en soportes portapiedras que en conjunto tiene forma cilíndrica. La característica diferencial de esta máquina es que la herramienta lapeadora no está conducida por la máquina sino que está unida por un eje cardánico y únicamente está accionado por ella. La operación se realiza combinando el movimiento de giro con un segundo movimiento de vaivén arriba y abajo, por lo que la trayectoria seguida por la herramienta es de zigzag trazando hélices de paso con un ángulo de 30º. La operación se realiza con una lubricación muy abundante. Los abrasivos empleados son el carborundum para el acero y el corindón para metales ligeros. El espesor del material a arrancar es muy reducido del orden de 10 a 40 micras. 2.9.4 Operaciones principales realizadas por los abrasivos. Si realizamos una clasificación en función de la clase de trabajo que pueden realizar las máquinas que trabajan con abrasivos podemos destacar cuatro categorías, que son: desbaste, afilado, afinado, y acabado. En función de estas operaciones podemos ver la siguiente clasificación (Tabla 2.31): Clase de trabajo

Máquina

Desbaste (sin precisión)

Esmeriladoras

Afilado (relativa precisión) Afiladoras de herramientas Afinado (alta precisión)

Rectificadoras

127

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Acabado

Lapeadoras Superacabadoras Pulidoras Bruñidoras

Tabla 2.31 Clasificación de las maquinas de mecanizado por abrasión en función del trabajo realizado.

128

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3

MECANIZADO POR ARRANQUE ARRANQUE DE MATERIAL: MATERIAL SIN CONTACTO DIRECTO.

3.1

Electroerosión.

La electroerosión es un proceso de fabricación,, también conocido como Mecanizado por Descarga Eléctrica Eléctric o EDM. El proceso de electroerosión consiste en la generación de un arco eléctrico entre una pieza y un electrodo en un medio dieléctrico,, para arrancar partículas de la pieza hasta conseguir reproducir en ella las formas del electrodo. Ambos, pieza y electrodo, deben ser conductores, conductores para que pueda establecerse el arco eléctrico que provoque el arranque de material.

Figura 3.1 Electro-erosión.

3.1.1 Fundamento teórico: teórico El fundamento teórico se puede dividir en distintas etapas (Tabla Tabla 3.1), 3.1 estas son las siguientes: Descripción del proceso. El mecanizado por electroerosión se efectúa por tanto mediante el salto de chispas eléctricas entre dos electrodos sometidos a una determinada tensión eléctrica y sumergidos ambos en un líquido aislante (líquido dieléctrico).

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Al estar ambos electrodos en un medio dieléctrico o aislante la tensión que se aplique a ambos ha de ser suficiente como para llegar a crear un campo eléctrico mayor que la rigidez dieléctrica del líquido.

Bajo la acción de este campo eléctrico, iones libres positivos y electrones se encontrarán acelerados creando un canal de descarga que se vuelve conductor, y es precisamente en este punto donde salta la chispa. Ello provoca colisiones entre los iones (+) y los electrones (-). Se forma entonces un canal de plasma. Bajo el efecto de los choques se crean altas temperaturas en ambos polos y alrededor del canal de plasma se forma una bola de gas que empieza a crecer. Por otro lado las altas temperaturas que se han dado en los dos polos, van fundiendo y vaporizando parte del material de la pieza, mientras que el electrodo apenas si se desgasta muy ligeramente. En esta situación (bola de gas grande y material fundido en ambos polos), se corta la corriente eléctrica. El canal de plasma se derrumba y la chispa desaparece. El líquido dieléctrico entonces rompe la bola de gas haciéndola explosionar (explotar hacia adentro).

Ello hace que se creen fuerzas que hacen salir el material fundido formando dos cráteres en las superficies. El material fundido se solidifica y es arrastrado en forma de bolas por el líquido dieléctrico, constituyendo lo que se puede llamar "viruta del proceso de electroerosión".

Tabla 3.1 Fases de la electro-erosión.

130

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3.1.2 Tipos de procesos en la electroerosión: Básicamente tiene dos variantes: • El proceso que utiliza el electrodo de forma, conocido como Ram EDM o Electro-erosión por penetración, donde el término ram podría traducirse del inglés como "carnero" y es ilustrativo del "choque" del electrodo contra la pieza o viceversa (pieza contra el electrodo). • La que utiliza el electrodo de hilo metálico o alambre fino, WEDM (donde las siglas describen en inglés Wire Electrical Discharge Machining) o Electroerosión por hilo

3.2

Proceso de electroerosión por penetración o Ram EDM

Durante el proceso de electroerosión la pieza y el electrodo se sitúan muy próximos, dejando un hueco que oscila entre 0,01 y 0,05 mm, por el que circula un líquido dieléctrico (normalmente aceite de alta conductividad). Al aplicar una diferencia de tensión continua y pulsante entre ambos, se crea un campo eléctrico intenso que provoca el paulatino aumento de la temperatura, hasta que el dieléctrico se vaporiza. Al desaparecer el aislamiento del dieléctrico salta la chispa, incrementándose la temperatura hasta los 20.000 ºC, vaporizándose una pequeña cantidad de material de la pieza y el electrodo formando una burbuja que hace de puente entre ambas. Al anularse el pulso de la fuente eléctrica, el puente se rompe separando las partículas del metal en forma gaseosa de la superficie original. Estos residuos se solidifican al contacto con el dieléctrico y son finalmente arrastrados por la corriente junto con las partículas del electrodo. Dependiendo de la máquina y ajustes en el proceso, es posible que el ciclo completo se repita miles de veces por segundo. También es posible cambiar la polaridad entre el electrodo y la pieza. El resultado deseado del proceso es la erosión uniforme de la pieza, reproduciendo las formas del electrodo. En el proceso el electrodo se desgasta, por eso es necesario desplazarlo hacia la pieza para mantener el hueco constante. En caso que el desgaste sea severo, el electrodo es reemplazado. Si se quiere un acabado preciso (tolerancia de forma ±0.05 mm es preciso la utilización de 2 electrodos).

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3.2.1 Electrodos en la electro-erosión por penetración. El electrodo es comúnmente hecho de grafito pues este, por tener una elevada temperatura de vaporización, es más resistente al desgaste. Puede ser trabajado en una fresadora específica con el fin de crear ya sea un electrodo macho o un electrodo hembra, lo que significa que el electrodo tendrá la forma opuesta a la forma deseada y resultante en la pieza de trabajo.

Figura 3.2 Ejemplo de electrodos en la electro-erosión por penetración.

Los electrodos pueden ser manufacturados en forma que múltiples formas pertenezcan al mismo pedazo de grafito. También el cobre es un material predilecto para la fabricación de electrodos precisos, por su característica conductividad, aunque por ser un metal suave su desgaste es más rápido. El electrodo de cobre es ideal para la elaboración de hoyos o agujeros redondos y profundos. Comúnmente estos electrodos se encuentran de diámetros con tamaños milimétricos en incrementos de medio milímetro y longitudes variadas. Este proceso en particular es muy utilizado para antes del proceso de electroerosión con hilo, para producir el agujero inicial donde pase el hilo a través de un grosor de material que es inconveniente al taladro convencional. Si deseamos un buen acabado en el objeto a erosionar , sea cual sea el material en que se construya el electrodo este debe ser repasado a mano después ser mecanizado en la fresadora o torno debido a las marcas que las herramientas de corte utilizadas en estas maquinas producen pequeñas marcas en los electrodos. 3.2.2 Máquinas de electroerosión por penetración. La maquinas utilizadas en este tipo de proceso de electro-erosión, siguen la siguiente estructura (Figura 3.3):

132

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Figura 3.3 Estructura de una máquina de electroerosión por penetración. A. Bancada. B. Mesa de trabajo. C. Porta-electrodos. D. Cabezal. E. Columna.

Como se puede apreciar en la figura se puede trabajar con un total de 5 ejes, los cuales están repartidos entre la mesa de trabajo (dispone de movimiento dos ejes X e Y) y el cabezal (que dispone de movimiento en tres ejes W, V y U) 3.2.3 Ventajas e inconvenientes del proceso de EDM: Las ventajas de este proceso son las siguientes: • Al no generar fuerzas de corte como en los procesos de mecanizado, el torneado y el taladrado, resulta aplicable para materiales frágiles. • Se pueden producir agujeros muy inclinados en superficies curvas sin problemas de deslizamiento. Así como de elevada relación de aspecto (cociente entre la longitud y el diámetro), es decir, con pequeño diámetro y gran profundidad imposibles con un taladro convencional. • Al ser un proceso esencialmente térmico, se puede trabajar cualquier material mientras sea conductor • Las tolerancias que se pueden obtener son muy ajustadas, desde ±0,025 hasta ±0,127 mm.

133

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• Es un proceso de fabricación único para lograr complejas configuraciones que son imposibles de otra forma. • Ahorran en ocasiones la realización de un acabado rugoso en la pieza por medio de ataques de ácido, pasándose a denominar "Acabado de Electroerosión". No es un acabado quizás tan perfecto como el que se obtendría con el ataque de ácido pero por costes y plazos resulta satisfactorio en la mayoría de las ocasiones. Las inconvenientes de este proceso son las siguientes: • Tras el proceso suele quedar una capa superficial de metal fundido, frágil y de extremada dureza, que debe eliminarse en aquellas piezas que requieran resistencia a la fatiga. Tiene más resistencia a la fatiga una pieza acabada por arranque de viruta (fresadora, torno, planificadora...) que una pieza acabada por penetración eléctrica (electroerosión). • El grafito es un material frágil, por lo que la manipulación de los electrodos debe ser muy cuidadosa. • La rugosidad que deja en la superficie puede ser muy elevada en función del tipo de aplicación y la reducción de ésta utilizando intensidades menores requiere mucho tiempo y en ocasiones se pueden producir defectos indeseados como formación de carbonillas o manchas. • El acabado superficial rugoso no es perfecto resultando más rugoso sobre las caras planas que sobre las paredes verticales por efecto de las chispas esporádicas que se producen al evacuar los restos de material. 3.2.4 Aplicaciones del proceso de electro-erosión por penetración: Su posibilidad de aplicación a la industria, es muy extensa, están presente en campos industriales como: automoción, fabricación de moldes, fabricación de herramientas, etc. A modo de ejemplo se puede citar el agujereado de las boquillas de los inyectores en la industria automotriz, así como en la fabricación de moldes y matrices para procesos de moldeo o deformación plástica.

3.3

Proceso de electro-erosión por hilo o WEDM:

El mecanizado por electroerosión se realiza en un medio dieléctrico mediante el salto de descargas eléctricas entre el electrodo y la pieza a mecanizar. El proceso es básicamente un proceso termoeléctrico en el que las chispas representan una 134

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fuente térmica puntual. Esta fuente térmica funde el material de la pieza produciéndose de esta forma la erosión. En la electroerosión por hilo, WEDM, un hilo conductor, normalmente de latón, se utiliza como electrodo. El hilo pasa por unas guías imponiéndole la dirección que debe seguir. Las descargas se producen por la diferencia de potencial existente entre el hilo y la pieza que obviamente debe ser de un material conductor de la electricidad. El hilo circula continuamente, y entre el hilo y la pieza existe un canal, llamado de descarga, bañado por un fluido dieléctrico, que generalmente es agua.

Figura 3.4 Descripción del proceso para la electroerosión por hilo.

El dieléctrico (agua) es introducido entre el hilo y la pieza con el objetivo de ayudar al salto y calidad de las chispas, refrigerar el “gap” y eliminar el material arrancado después de las descargas eléctricas. El mantener una distancia correcta entre hilo y pieza es el punto más importante para tener un correcto mecanizado y conseguir precisión. A continuación se va a explicar paso a paso como se produce la erosión. Primero se dispone de un material conductor en la mesa de trabajo. Se posiciona el hilo cerca de la pieza. Se aplica una tensión de vacío al hilo, mientras entra fluido dieléctrico (agua) entre el hilo y la pieza. Esta tensión es la encargada de ionizar el canal de descarga. Ionización, quiere decir, que en el agua que existe entre el hilo y la pieza se produce un ordenamiento de los iones del agua.

135

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Figura 3.5 Descripción del proceso para la electroerosión por hilo.

Llega un momento en que el agua deja de ser no conductora y por el canal creado se produce una chispa (corriente) produciéndose altas temperaturas que vaporizan y funden parte del material a mecanizar y parte del hilo. Posteriormente a esta descarga se produce un tiempo de pausa destinado a la limpieza y refrigeración del “gap”. El agua es un elemento no conductor, pero posee gran cantidad de iones que la hacen conductora. Si el agua está completamente desionizada es un perfecto aislante y no se pueden producir chispas que atraviesen el “gap”. Si existen muchos iones que hacen el agua conductora, la corriente atraviesa el “gap” con mucha facilidad y las chispas tienen poca fuerza y se reduce la eficiencia. Mantener el agua desionizada permite, que las chispas salten cuando la tensión de vacío ha llegado a su máximo potencial, también es de notable ayuda para que no se produzcan oxidaciones prematuras en las piezas. 3.3.1 Hilo en la electro-erosión por hilo. El hilo metálico puede ser fabricado de latón o de zinc. En prácticas de protección al medio ambiente, después del uso y descarte del hilo empleado y sus residuos, el material del hilo, ya sea en forma de hilo o éste pulverizado, es acumulado separadamente con el fin de ser reciclado. Existen varios diámetros en el mercado, incluyendo 0.010” (0,25 mm) y 0.012” (0,30 mm). Generalmente el hilo se vende en rollos y por peso, más que por su longitud. La tensión del hilo es importante para producir un corte efectivo, y por consiguiente una mejor parte; la sobretensión del hilo resulta en que este se rompa cuando no sea deseado. Mas la ruptura del hilo es común durante el proceso, y también es necesaria. 136

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Inicialmente, la posición de una cabeza superior y una cabeza inferior por las cuales pasa el hilo están en un alineamiento vertical y concéntrico una a la otra; el hilo en uso se encuentra entre estos dos componentes mecánicos. 3.3.2 Máquinas de electroerosión por hilo. A diferencia de las máquinas de electroerosión con electrodo de forma a las que la polaridad aplicada puede ser invertida, la polaridad en el proceso de electroerosión con hilo es constante, o sea que la "mesa" o marco donde las piezas son montadas para ser trabajadas es tierra; esto significa que es de polaridad negativa. El hilo, por consiguiente, es el componente mecánico al que la carga positiva es dirigida.

Figura 3.6 Máquina de electroerosión por hilo.

La máquina de electroerosión por hilo dispone de 5 ejes con control numérico: X e Y en la mesa dónde se fija la pieza y U, V y Z que se mueven desde la boquilla de arriba. Las boquillas entre las que va fijo el hilo tienen la misión de proporcionar un chorro de agua a presión que se llevará el material erosionado para la limpieza del canal de erosión. Se puede trabajar en aspersión: en la que el único dieléctrico es el agua del chorro de las boquillas o en inmersión en la que la pieza está sumergida en un baño de agua desionizada aunque no se recomienda en la mayoría de los casos

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El agua con el material de erosión pasa al filtrado que se realiza por un filtro permanente de carbono activo que recoge todas las “virutas” de la erosión. De vez en cuando se limpia el filtro y las virutas se pasan a unos tanques en los que por decantación se van acumulando formando lodos. El hilo una vez realizada la electroerosión se lleva por un sistema de rodillos y guidado más o menos complejo hasta un troceador dónde se corta para su reciclado posterior (chatarra). La eficiencia, exactitud y complejidad con que la pieza ha de ser trabajada es afectada por la calidad, condición y funcionalidad de la máquina a ser utilizada. El tamaño del recipiente, contenedor del líquido, puede ser un factor determinante a cuantas piezas y tamaño de las piezas que pueden ser preparadas para el proceso. 3.3.3 Ventajas e inconvenientes del proceso de EDW.

Las ventajas de este proceso son las siguientes: -

No precisa el mecanizado previo del electrodo.

-

Es un proceso de alta precisión.

-

Complejas formas pueden ser logradas.

-

Resultados constantes.

-

Dependiendo de la capacidad de la máquina, el trabajo con alambre puede incluir variaciones de ángulos controladas o geometría independiente (cuarto eje).

-

Se puede mecanizar materiales previamente templados y así evitar las deformaciones producidas en el caso de hacer este tratamiento térmico después de terminada la pieza.

-

Mecanizado fácil de orificios cuadrados

-

Fácil mecanización de materiales duros

-

Ausencia de esfuerzos de mecanizado

-

No hay desviación de medidas

-

Reducción de tiempos de fabricación.

El inconveniente principal de este tipo de electro-erosión, sucede tras el proceso, que suele quedar una capa superficial de metal fundido, frágil y de extremada dureza, que debe eliminarse en aquellas piezas que requieran resistencia a la fatiga.

138

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3.3.4 Métodos de corte en el proceso de electroerosión por hilo.

Los métodos de corte se pueden dividir en dos tipos, estos son: • En el corte interno el hilo, sujeto por sus extremos comenzando por un agujero previamente taladrado y mediante un movimiento de vaivén, como el de una sierra, va socavando la pieza hasta obtener la geometría deseada. • En el corte externo el hilo puede empezar el movimiento desde el exterior del perímetro de la pieza hasta entablar el arco; continúa su movimiento hasta que consigue la periferia deseada. 3.3.5 Obtención de geométricas en el proceso de EDW. La electro-erosión es un método de mecanización, que una de sus características es la flexibilidad para obtener distintas formas geométricas en el proceso de fabricación de una pieza. Partiendo del siguiente esquema funcional:

Figura 3.7 Obtención de geometrías.

Donde los ejes coordenados X e Y constituyen un punto de cálculo (C1) y los ejes coordenados V y U constituyen otro punto de cálculo (C2). Por tanto, para reproducir una geometría, se deberá calcular la ecuación que permita seguir la trayectoria deseada, a partir de los dos puntos de cálculo C1 y C2. Las trayectorias fundamentales son: • Corte lineal: este corte, dependiendo de su orientación puede ser: horizontal, vertical o inclinado. Para ello basta con calcular la línea que pase por los puntos C1 y C2. • Corte cónico inferior: este corte, es semejante al corte lineal inclinado con la diferencia que la trayectoria seguida por el hilo, no será recta o curva, sino que uno de los puntos de cálculo será el punto de giro o eje de giro. En este caso, el punto C1 rotara sobre el eje de giro proporcionado por el punto C2. 139

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• Corte cónico superior: este corte, es semejante al corte lineal inclinado con la diferencia que la trayectoria seguida por el hilo, no será recta o curva, sino que uno de los puntos de cálculo será el punto de giro o eje de giro. En este caso, el punto C2 rotara sobre el eje de giro proporcionado por el punto C1.

Figura 3.8. Obtención de geometrías. A. Corte recto. B. Corte cónico inferior. C. Corte cónico superior.

3.3.6 Aplicación del proceso de electroerosión por hilo. Las aplicaciones de este proceso son amplias, debido a su flexibilidad. Las más usuales son: • Moldes de plástico de precisión y alto volumen (mecheros, nebulizadores, móviles…). • Matrices de corte. • Hileras de extrusión. • Estampas de forja. • Herramientas. • Matrices de sinterización. • Aplicaciones especiales: -

Aplicaciones de producción.

-

Aviación.

-

Nuclear.

-

Etc.

140

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3.4

Conformado por ultrasonidos.

El conformado por ultrasonidos se realiza arrancando partículas inframicroscópicas de material a mecanizar por la acción de un polvo abrasivo en suspensión liquida, agitado por la vibración ultrasonora de un punzón accionado por un equipo electromecánico productor de vibraciones. La pieza que se trata de mecanizar M, está en contacto con un liquido L que contiene partículas de abrasivos en suspensión A, que son impulsadas sobra la superficies de la pieza por un punzón P, animado de un movimiento de vibración de amplitud d. Los granos de abrasivo, al chocar contra las superficies de la pieza, arrancan partículas de esta y aunque son muy pequeñas, como el punzón vibra con frecuencia del orden de 30.000 ciclos por segundo, en muy poco tiempo se consiguen apreciables arranques de material.

Figura 3.9 Fundamento del corte por ultrasonidos.

3.4.1 Clasificación de maquinas para el conformado por ultrasonidos. Se pueden diferenciar tres tipos de maquinaria para este tipo de conformado: • Maquinas de potencia débil, para perforar pequeños orificios de precisión. Estas maquinas tienen una potencia entre 50 y 100 W y vienen con un equipo oscilador montado sobre el propio cuerpo de la maquina y sin necesidad de agua de refrigeración para el cabezal. • Maquinas de potencia elevada, para las operaciones generales de mecanizado. Estas maquinas tienen una potencia entre 300 y 2.000 W. en este tipo de máquinas el elemento oscilador forma un cuerpo aparte. • Maquinas portátiles, que permiten realizar pequeños orificios sobre piezas de bastante tamaño, sin precisión entre las distancias respectivas. Estas maquinas tendrá una potencia entre 30 y 50 W.

141

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3.4.2 Componentes principales del conformado por ultrasonidos. Una instalación de conformado por ultrasónico, comprende los siguientes elementos: • Un oscilador electrónico capaz de generar frecuencias de 20.000 a 30.000 ciclos por segundo. • Un traductor o transformador de resonancia, cuyo núcleo está formado por láminas de níquel y el arrollamiento eléctrico en conexión con el oscilador. • Un Cono de transmisión o elemento vibrador, roscado al núcleo, que hace las funciones de amplificador de las vibraciones, pues debido a su forma aumenta la intensidad de las vibraciones al concentrarse en su base más pequeña, que es la que está en contacto con la herramienta. • La herramienta la cual va fijada fuertemente a la base menor del cono vibrador y en perfecta alineación con el eje de trabajo de la máquina. • La mesa sobre la que se sujeta la pieza. Esta mesa esta en el interior de un depósito que contiene el líquido con el abrasivo en suspensión. • Una bomba que hace circular el liquido y abrasivo para separar las partículas de material arrancadas por decantación. El esquema funcional de una maquina de conformado por ultrasonidos, es como el siguiente:

Figura 3.10 Maquina de conformado por ultrasonidos. A. Oscilador electrónico. B. Traductor de impulsos. C. Cono de transmisión. D. Núcleo. E. Bomba. G. Mesa. F. Eyector aire comprimido H. Herramienta.

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3.4.3 Herramienta de conformado por ultrasonidos. Se denomina herramienta al punzón o sonotrodo, aunque la verdadera herramienta es el polvo abrasivo, pero este se considera un medio. La forma del sonotrodo depende de la figura que se trata de mecanizar, pues la sección de material arrancado será igual a la sección de sonotrodo. Los sonotrodos se fabrican generalmente de acero pues conviene un material que sea de alta resiliencia, mejor que una alta dureza. Con este material los desgastes del sonotrodo varían entre 1% y 3% al mecanizar el vidrio, cuarzo o germanio hasta el 200% y 300% al taladrar algunos aceros aleados de alta dureza, siendo el más normal del 10%. Como abrasivos se utilizan los carburos de wolframio y de boro con granos comprendidos entre 200 y 2.000 mallas por pulgada lineal, según se quiera dar un mecanizado de desbaste o acabado. Como liquido para la suspensión del abrasivo se emplea el agua con alguna adición que disminuya su tensión superficial. 3.4.4 Aplicaciones del conformado por ultrasonidos: El conformado por ultrasonidos se emplea principalmente para realizar perforaciones circulares o de forma en materiales que por su dureza o fragilidad era muy difícil mecanizarlos por otros procedimientos. Por esto se utiliza para mecanizar piedras preciosas, principalmente para sus aplicaciones en relojería, semiconductores, fabricación de transistores, etc. Otra aplicación muy interesante del conformado por ultrasonidos es la perforación de matrices o hileras de carburo, estelitas, diamante, etc.

143

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4

MECANIZADO ESPECIAL.

4.1

Mecanizado electrolítico.

El mecanizado electrolítico del metal (ECM) es un proceso óptimo, para remover rebarbas barbas con exactitud después de tornear, fresar, r, esmerilar, bruñir o brochar, para redondear cantos o mecanizar contornos. El procedimiento ECM destaca muy especialmente en la fabricación en serie de componentes de alta precisión, donde los procedimientos convencionales no resultan rentables ni practicables. practicables. También con las piezas extremamente complejas ejas se obtiene el resultado de mecanización requerido. 4.1.1 Procedimiento de mecanizado mecaniz electrolítico: En el procedimiento ECM, se opone a los cantos a procesar un electrodo adaptado a la pieza de trabajo (cátodo). Entre ambas partes queda una ranura estrecha, a través de la cual fluye la solución electrolítica (agua salada) durante el proceso. pr Para el procesamiento se cierra el circuito eléctrico entre ánodo (+) y cátodo (–) ( Con el intercambio de carga que se origina entre los polos tiene lugar la remoción de material, exactamente en los sitios requeridos. El principio de funcionamiento de de esta técnica es el de electrodeposición invertida y se puede apreciar en la Figura 5.1. 5. . Un electrolito (sal inorgánica muy conductora) funciona como portador de corriente y la gran rapidez de movimiento del electrolito en el espacio entre la herramienta y la pieza, arrastra y retira los iones metálicos de la pieza (ánodo) antes de que tengan oportunidad de depositarse sobre la herramienta (cátodo). La velocidad de penetración de la misma es proporcional a la densidad de corriente y no se afecta por la resistencia, resistencia, dureza, o la tenacidad de la pieza.

Figura 5.1 Fundamento del mecanizado electrolítico.

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4.1.2 Aplicaciones del mecanizado electrolítico: Los campos de aplicación más frecuentes de la técnica ECM son: • Sistemas de frenos ABS. • Ruedas dentadas. • Componentes para sistemas de inyección diesel. • Cuerpos de válvulas. • Cajas de dirección. • Componentes neumáticos e hidráulicos. • industria aeroespacial, para la producción en masa de álabes de turbinas y partes de motor de reacción y toberas. 4.1.3 Ventajas e inconvenientes del mecanizado electrolítico: Las ventajas de este sistema se sustenta principalmente en la seguridad de proceso, representando una solución extremamente fiable para múltiples tareas de mecanización en la fabricación en serie de piezas metálicas de precisión.

Esencialmente, ofrece las siguientes ventajas: • Rebarbado y redondeado de cantos definidos, con alta precisión. • Tratamiento de sitios a rebarbar de difícil acceso. • Rebarbar y tratar contornos en un mismo paso de trabajo. • Sin formación de las llamadas “rebabas secundarias“. • Tiempos cortos de proceso (normalmente 5 – 20 segundos). • Sin carga mecánica ni térmica de las piezas de trabajo. • Apto también para materiales templados o con mecanizado por arranque de virutas. Como desventaja, este método posee herramientas y equipos costosos y consume mucha energía. Asimismo, éste no es conveniente para producir esquinas agudas ni fondos planos ya que el electrolito tiende a erosionar y quitar perfiles agudos.

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5

NUEVAS TENDENCIAS ARRANQUE DE VIRUTA.

EN

5.1

Equipos con cinemática avanzada.

EL

MECANIZADO

POR

Las mejoras en el campo de la máquina-herramienta van encaminadas a obtener la máxima libertad de movimientos, con una elevada rigidez y con una mínima masa a desplazar. Es decir, conseguir unas altas características dinámicas de máquina. La mejora de dichos aspectos debe llevar, como resultado final, a una mayor velocidad de mecanizado y a una mejor precisión y acabado, conduciendo a un aumento de la productividad, tanto por el menor tiempo de mecanizado como por la disminución de procesos de acabado. La configuración de máquina convencional está basada en una estructura en serie. Dicha estructura presenta tantos ejes como grados de libertad dispuestos en serie y normalmente de acuerdo con unos ejes cartesianos X, Y, Z además de unos ejes de rotación, si es necesario. Este tipo de disposición no requiere un gran esfuerzo de control ya que cada eje de la máquina controla un grado de libertad cartesiano.

Figura 6.1 Movimientos posibles en un Hexápodo.

Frente a esa facilidad en el control, las máquinas con una configuración en serie presentan la desventaja de que cada eje deba soportar carga en todas las direcciones, además de soportar y mover los ejes que van montados sobre él. Esta característica conduce a una alta masa a mover y por lo tanto a unas bajas características dinámicas de máquina. Esto se hace especialmente patente en grandes máquinas. Una solución a este problema es la utilización de cinemática paralela que ha dado lugar a las máquinas-herramienta de arquitectura paralela o HEXÁPODOS. En este tipo de máquina cada eje une directamente la base de la máquina con una plataforma móvil sobre la que va montado el cabezal, de ahí se puede decir que los ejes están dispuestos de forma paralela. 146

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Figura 6.2 Estructura básica Hexápodos.

El alto costo, principalmente computacional, que requiere controlar las longitudes de los distintos brazos de un mecanismo de estas características hizo que su utilización no se extendiese - salvo en el caso de aplicaciones donde dicho costo co estuviese justificado, como es el caso de los simuladores de vuelo. Hoy en día dicho costo ha sufrido una espectacular reducción y están apareciendo otras aplicaciones, especialmente en el mundo de la máquina herramienta. herramienta Las primeras de estas aplicaciones ones introdujeron el concepto de “Hexápodo”, derivado del tipo de arquitectura paralela utilizada; la base de la máquina se encuentra ligada al cabezal mediante seis brazos, los cuales mediante la variación de su longitud consiguen la orientación exigida en e la herramienta. Las principales ventajas de la arquitectura paralela son las siguientes: • Estructura más simple • Menor inercia • Menor costo Y sus principales inconvenientes se resumen en los siguientes puntos: • Gran tamaño global de la máquina, en comparación comparació con el volumen de trabajo. • Complejidad de control. Constante interpolación de 5 ejes (ó 6) y complejas rutinas de control no lineal • Dificultad de puesta a punto • Dificultad de compensación de errores 147

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5.2

Mecanizado de alta velocidad. MAV.

El concepto principal se basa en la existencia de una velocidad crítica (5 a 10 veces la usada en mecanizado convencional), a la que la temperatura de formación de viruta comienza a descender. La disminución es pequeña para fundición y aceros, pero muy importante en materiales no ferrosos, abriendo la posibilidad de mecanizar materiales con más de 50 HRc. El MAV demanda elevada rapidez y precisión, siendo habituales velocidades de rápido de 100 m/min y aceleraciones de 1G. Si bien no existe una definición única, se puede afirmar que: • Se refiere al fresado combinando altas velocidades de rotación y de avance. • Se usa para mecanizar aleaciones ligeras con alto índice de arranque de viruta, matrices y materiales templados. • Utiliza métodos y equipamiento de producción específicos. • Permite el desbaste y terminación de piezas pequeñas, y la terminación en piezas de todos los tamaños. • Reduce las fuerzas de corte, como la cantidad de calor trasmitida a la pieza. • Produce piezas más precisas, con mejor terminación y minimiza las rebabas. 5.2.1 Herramientas de un MAV. En la mayoría de las aplicaciones (80 a 90%), se usan fresas integrales de metal duro recubiertas con Nitruro de titanio y aluminio (TiAlN) y diámetros de 1 a 20 mm. Son de punta esférica ó plana, núcleo reforzado y arista de corte con faceta negativa (refuerzo de filo). Debe trabajarse con voladizo (longitud de la fresa fuera de la pinza) mínimo para evitar la flexión. Las fresas con insertos (∅ ≥10 mm), son utilizadas en desbaste, por su peor concentricidad. En MAV el tiempo de contacto entre la herramienta y la viruta es tan corto debido a la alta velocidad, que la trasferencia de calor a la fresa es pequeña, reduciéndose la necesidad de disponer de un sistema de lubricación. Todavía, el desarrollo de los recubrimientos, favorecen el mecanizado en seco o en condiciones MQL (Minimal Quantity Lubricant), donde son habituales caudales de entre 0,01 a 0,5 l/min, que inclusive disminuyen los riesgos de salud e impacto ambiental. Lo aconsejable en MAV es aplicar aire comprimido para evitar el re-corte de las virutas endurecidas dentro de las cavidades.

148

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5.2.2 Aplicaciones. Ventajas e inconvenientes del MAV. Las principales áreas actuales para el uso de Mecanizado de Alta velocidad son: el fresado de cavidades, la construcción de matrices de forjado, moldes de inyección o moldes de soplado, fabricación de electrodos para la electroerosión, modelado de prototipos y moldes de prototipos. Las ventajas del MAV en dichas aplicaciones: • La temperatura de la herramienta de corte y de la pieza de corte permanece baja, lo que otorga una vida prolongada a la herramienta. Por otro lado, en general en las aplicaciones de MAV, los cortes son superficiales y de poca profundidad, y el tiempo de compromiso de la herramienta es extremadamente corto. • La baja fuerza de corte reduce las deflexiones de la herramienta y también las del husillo. Esto protege al cojinete, a las guías y principalmente evita vibraciones dañinas para la máquina y perjudiciales para la terminación de la pieza. • Se puede realizar mecanizados de paredes realmente finas (0,2 mm) • Se puede suprimir el trabajo de acabado manual dramáticamente. • La reducción de pasos en el proceso es una ventaja importante del MAV, ya que produce una baja en los costos de inversión y simplifica la logística. Menos espacio de planta es necesario. • MAV puede llegar a dar una tolerancia de 0,02 mm mientras que la tolerancia con métodos como el Electroerosión (EDM) es de 0,2 mm. Algunas desventajas del MAV: • Las altas aceleraciones y desaceleraciones, así como el arranque intermitente del husillo provocan un relativamente alto desgaste de las guías, del cojinete, lo que ocasiona costos de mantenimiento mayores. • Se debe poseer un conocimiento sobre procesos y programación de las maquinas. Lo cual puede llevar a dificultades en la toma de empleados. • Las precauciones de seguridad son altamente necesarias: Si a 40 mm del centro de la herramienta liberara una esquirla mientras el husillo tiene una velocidad de 40000 rpm, y si esta esquirla tuviera una masa de 0,015 kg, se desprendería con una energía cinética de 53 Nm lo cual es equivalente a la energía que adquiere una bala disparada de una pistola. 149

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5.3

Mecanizado en seco.

El mecanizado en seco supone la eliminación completa del fluido de corte. De forma que cuando se desempeña un proceso de este tipo, se deben adoptar medidas para que las funciones que normalmente ejerce el fluido sean asumidas por otros medios. Para implantarlo se requiere realizar un profundo análisis de las condiciones límites de la operación en conjunción con el conocimiento detallado de las complejas interacciones asociadas al proceso, entre la herramienta de corte, la pieza a mecanizar y la máquina herramienta. Sobre esta base, se pueden identificar y adoptar medidas y soluciones para lograr implementar el mecanizado en seco. Los factores a los que se les otorga mayor influencia en el desgaste de la herramienta son la adhesión y la abrasión para velocidades de corte bajas y la difusión y la oxidación a altas velocidades y elevadas temperaturas de corte. En consecuencia, el material de la herramienta debe presentar baja tendencia a la adhesión con el material de la pieza así como elevada dureza y resistencia al desgaste a alta temperatura. Los materiales de herramientas actualmente disponibles, responden de desigual forma a las mencionadas características. Las herramientas recubiertas son ejemplo de materiales que permiten que el mecanizado en seco se extienda a áreas en las que los lubricantes se consideran actualmente como esenciales. Los avances en el campo de los materiales de corte están contribuyendo a la eliminación de los lubricantes, incluso en el caso de operaciones que se consideran extremadamente difíciles debido a la complejidad de la geometría de la herramienta y/o a la cinemática del proceso. La energía mecánica introducida en el proceso de corte se transforma casi íntegramente en calor. Mientras en el mecanizado húmedo la mayor parte del calor del mecanizado es absorbido y extraído por el refrigerante, en el mecanizado en seco, la herramienta, la pieza y la máquina están sujetas a mayores niveles de tensión térmica, lo que puede traducirse en desviaciones dimensionales y de forma en las piezas. El diseño del proceso de mecanizado en seco debe tener muy en cuenta este aspecto. El nivel de precisión alcanzable de la pieza en condiciones de mecanizado en seco depende principalmente de la cantidad de calor que recibe y de sus dimensiones geométricas. Resulta esencial diseñar el proceso de corte de forma que minimice la cantidad de calor transferido a la pieza. En general, se puede decir que las operaciones de mecanizado en seco son siempre posibles cuando la pieza no requiere gran precisión dimensional de forma.

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Un factor secundario que ejerce influencia sobre la precisión de las piezas es el comportamiento de la máquina cuando no se usa refrigeración. La refrigeración además de extraer las virutas y limpiar los elementos de guiado también reduce la temperatura de los componentes de la máquina, lo que garantiza un mecanizado de precisión. Esta función no se cumple en el mecanizado en seco. Se necesitan tomar medidas especiales para garantizar que las virutas calientes se extraigan rápida y eficazmente de la zona de corte, y que se compense el calor introducido en los elementos de la máquina. Esto representa un desafío para los fabricantes de máquina-herramienta, desarrollar un concepto de máquina adaptado para cumplir con las necesidades específicas del mecanizado en seco.

5.4

Mecanizado de precisión y ultraprecisión.

El mecanizado de precisión y de ultra-precisión aparece como una evolución hacia una mayor precisión demandada y como una nueva respuesta a nuevas necesidades. Por otra parte, hay una tendencia generalizada hacia la miniaturización en muchos campos de actividad. Cabe citar las aplicaciones de la industria electrónica, los periféricos de ordenadores, la miniaturización de los sensores, las aplicaciones quirúrgicas y las relacionadas con la biotecnología, las precisiones necesitadas en la industria óptica, las telecomunicaciones, la instrumentación científica y la sensorización del automóvil y de los electrodomésticos. La precisión y ultra-precisión son elementos indispensables de la miniaturización. Equipos que midan y posicionen con precisión son necesarios en múltiples aplicaciones. Todas estas demandas conducen a máquinas más precisas, pequeñas, con arquitecturas especiales, diseñadas en base a principios de la ingeniería de precisión, trabajando a veces en atmósferas controladas, con compensaciones de deformaciones especialmente térmicas. Obligan al uso de materiales, herramientas, controles y accionamientos y de todo tipo de componentes especialmente diseñados para cumplir con las características del mecanizado de precisión.

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MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.

BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. 1

INTRODUCCIÓN AL CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.

La deformación plástica de los materiales es la deformación permanente de los mismos como consecuencia de la aplicación de una fuerza externa. A temperatura ambiente, son dos los mecanismos responsables de esta deformación plástica de cristales: deslizamiento y maclado. Cada uno tiene características particulares, que se pueden apreciar mediante la observación en el microscopio óptico de la superficie pulida de una muestra. La activación de uno de estos mecanismos o de ambos y el orden en que se activen depende de la estructura cristalina del material.

1.1

Clasificación de los procesos de deformación plástica.

Los procesos de conformación se pueden clasificar en un número reducido de clases sobre la base de las fuerzas aplicadas al material cuando se le da la forma requerida. Estas clases son: • Procesos de compresión indirecta. • Procesos de compresión directa. • Procesos de tracción. • Procesos de plegados o flexión. • Procesos de cizallamiento, ya que en algunos de los procesos la deformación se prolonga hasta el punto de rotura para obtener el producto final. En los procesos de compresión la fuerza se aplica a la superficie de la pieza que se trabaja y el metal fluye formando ángulo recto con la dirección de la compresión. Los ejemplos principales son la forja y la laminación. Los procesos de compresión indirecta incluyen el estirado de tubos y alambres, la extrusión y el embutido profundo de una copa. Las fuerzas aplicadas son frecuentemente de tracción, pero se desarrollan fuerzas de compresión elevadas por reacción entre la pieza que se trabaja y la matriz. El

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metal fluye bajo un estado de tensiones combinadas en el que hay fuerzas de compresión elevadas en una de las direcciones principales, por lo menos. Aunque otra de las clasificaciones posible, es aquella en la que se diferencian dos procesos, estos son; Procesos de deformación en frio y en caliente. La conformación plástica se lleva acabo por cuatro razones principalmente. • Obtener la forma deseada • Mejorar las propiedades del material por modificación de la distribución de micro constituyentes. • Mejorar las propiedades del material por afino del tamaño de grano. • Introducir endurecimiento por deformación.

1.2

Efecto de la temperatura en el proceso de deformación plástica.

El trabajo de los metales suele dividirse en procesos de trabajo o conformación en caliente y procesos de trabajo o conformación en frío. El trabajo en caliente se define como una deformación en condiciones tales de temperatura y velocidad de deformación que se producen simultáneamente la restauración y la deformación. El trabajo en frío es el realizado en condiciones tales que no es posible que se produzcan eficazmente los procesos de restauración. En el trabajo en caliente se elimina el endurecimiento por deformación, y la estructura granular dislocada, por la formación de nuevos granos libres de deformación, recristalizando la estructura. Como dicha recristalización elimina las perturbaciones provocadas por la deformación se pueden lograr deformaciones muy grandes en caliente. El trabajo en caliente se realiza normalmente en condiciones de limite elástico, y este límite disminuye con la temperatura, es entonces más pequeña la energía necesaria para la deformación que en el trabajo en frío, en el cual no se elimina el endurecimiento por deformación y la tensión de limite elástico aumenta con la deformación. Por esto es que la deformación total que puede darse en frío es menor que en caliente, a menos que en etapas intermedias por sucesivos tratamientos se elimine el endurecimiento por deformación.

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MANUAL DE TÉCNICAS PARA LA CONFORMACIÓN MECÁNICA BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA.

1.3

Características de las estructuras metalúrgicas en los procesos de conformación.

Las fuerzas necesarias para realizar la conformación están íntimamente ligadas al límite elástico, que a su vez depende de la estructura metalúrgica y la composición de la aleación. En los metales puros, la facilidad del trabajo mecánico disminuye al aumentar el punto de fusión, y la temperatura mínima de trabajo en caliente aumentará también con el punto de fusión. La adición de elementos de aleación eleva la curva de fluencia cuando forman solución sólida y por consiguiente aumentan las fuerzas necesarias, a su vez hacen descender el punto de fusión por lo que las temperaturas de trabajo serán mas bajas. Las características de trabajo plástico de las aleaciones de dos fases dependen de la distribución microscópica de la segunda fase. • La presencia de una fracción grande de partículas duras uniformemente distribuidas incrementa el límite de fluencia. • Si en cambio son blandas no producen gran variación en las condiciones de trabajo, • Si tienen bajo punto de fusión pueden dar fragilidad en caliente. • En el acero recocido, un tratamiento de globulización que convierte laminillas de cementita de la perlita en glóbulos mejora el trabajo en frío. • Si la segunda fase dura se localiza en el límite de grano dificulta la conformación, pues se puede producir fractura en límite de grano. Las partículas de segunda fase tenderán a tomar la forma y distribución que corresponde a la deformación del cuerpo. • Si son más blandas y dúctiles que la matriz, las partículas que son originalmente esféricas tomaran una forma elipsoidal. • Si son más duras, no se deformarán. La orientación de estas partículas (en trabajo en caliente) y la fragmentación de los granos (trabajo en frío) son responsables de la estructura fibrosa típica que puede ponerse de manifiesto por macro ataque.

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Una consecuencia de este fibrado mecánico es que las propiedades mecánicas pueden ser diferentes para distintas orientaciones de las probetas de ensayo con respecto a la dirección principal de conformación. En general, la ductilidad en tracción, las propiedades de fatiga y las de choque serán más bajas en la dirección transversal que en la longitudinal. Si en una aleación se produce una precipitación mientras el metal se está conformando, aumenta el límite elástico y disminuye su ductilidad pudiendo producirse el agrietamiento. La precipitación se produce normalmente cuando la velocidad de conformación es pequeña y la temperatura elevada. Si en cambio se produce un cambio de fase esto contribuye a aumentar el limite elástico de los productos laminados en frío, y puede producirse el agrietamiento.

1.4

Tratamientos aplicados en los procesos de deformación plástica.

En muchas ocasiones debido a los esfuerzos que están sometidas las piezas a conformar se producen tensiones internas en dichas piezas. Para evitar que existan estas tensiones en el producto final, lo que se le aplica es un tratamiento ya sea térmico o termoquímico. Los podemos diferenciar las siguientes categorías: • Tratamientos térmicos, se pueden diferenciar los siguientes: -

Temple. Su finalidad es aumentar la dureza y la resistencia. Para ello, se calienta a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica superior y se enfría luego más o menos rápidamente (según características de la pieza) en un medio como agua, aceite, etc.

-

Revenido. Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad. El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada.

-

Recocido. Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad, mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que produce el trabajo en frío y las tensiones internas. 155

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-

Normalizado. Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al temple y al revenido.

• Tratamientos siguientes:

termoquímicos,

se

pueden

diferenciar

los

-

Cementación. aumenta la dureza superficial de una pieza, aumentando la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena tenacidad en el núcleo.

-

Nitruración. al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza. Se logra calentando la pieza dentro de una corriente de gas amoniaco, más nitrógeno.

-

Cianuración. endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 ºC.

-

Carbonitruración. Al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoniaco (NH3) y monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 ºC y es necesario realizar un temple y un revenido posterior.

-

Sulfinización. Aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 ºC) en un baño de sales.

• Tratamientos térmicos superficiales, en este tipo de procesos se realiza un temple solamente en la superficie de la pieza y no en el núcleo de la misma. De esta forma conseguimos piezas resistentes a los desgastes exteriores pero tenaces interiormente. Enumerando los tipos que depende principalmente de las forma de calentar la superficie de la pieza, obtenemos los siguientes: -

Temple a llama oxiacetilénica.

-

Temple por inducción.

-

Temple por láser.

-

Temple por haz de electrones.

156

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-

Temple en vacio por plasma.

• Tratamientos superficiales por capa de sustrato, se consigue endurecer la superficie de la pieza aleándola pero sin aplicar ningún tratamiento térmico. Este tipo de tratamientos se caracteriza por los siguientes procedimientos: -

Pulverización catódica.

-

Recubrimiento iónico.

-

Implantación iónica.

-

Deposición química.

• Tratamientos anticorrosivos, se recubre la pieza externamente sin modificar su estructura para evitar la corrosión.

1.5

-

Pintado.

-

Plastificado.

Comportamiento elástico-plástico de las piezas metálicas.

La deformación elástica de las piezas se caracteriza por la recuperación de la geometría inicial de las mismas, después de la retirada de la fuerza exterior aplicada, es decir deformaciones reversibles. Sin embargo en las deformaciones plásticas, la geometría de partida no se recobra, una vez retirada la acción de la fuerza, por lo que es irreversible. Para conocer las propiedades elásticas y plásticas de un material se realizan los ensayos de tracción y compresión sobre probetas normalizadas. El ensayo de compresión es un ensayo técnico para determinar la resistencia de un material o su deformación ante un esfuerzo de compresión. En la mayoría de los casos se realiza con hormigones y metales (sobre todo aceros), aunque puede realizarse sobre cualquier material. Se realiza preparando probetas normalizadas que se someten a compresión en una máquina universal. El ensayo de tracción de un material consiste en someter a una probeta normalizada realizada con dicho material a un esfuerzo axial de tracción creciente hasta que se produce la rotura de la probeta. Este ensayo mide la resistencia de un material a una fuerza estática o aplicada lentamente. Las velocidades de deformación en una ensayo de tensión suelen ser muy pequeñas.

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Máquina para ensayo de tensión por computadora. • En un ensayo de tracción pueden determinarse características de los materiales elásticos:

diversas

• Módulo de elasticidad o Módulo de Young, que cuantifica la proporcionalidad anterior. • Coeficiente de Poisson, que cuantifica la razón entre el alargamiento longitudinal y la acortamiento de las longitudes transversales a la dirección de la fuerza. • Límite de proporcionalidad valor de la tensión por debajo de la cual el alargamiento es proporcional a la carga aplicada. • Límite de fluencia o límite elástico aparente: valor de la tensión que soporta la probeta en el momento de producirse el fenómeno de la fluencia. Este fenómeno tiene lugar en la zona de transición entre las deformaciones elásticas y plásticas y se caracteriza por un rápido incremento de la deformación sin aumento apreciable de la carga aplicada. • Límite elástico (límite elástico convencional o práctico): valor de la tensión ha la que se produce un alargamiento prefijado de antemano (0,2%, 0,1%, etc.) en función del extensómetro empleado. • Carga de rotura o resistencia a la tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta. • Alargamiento de rotura: incremento de longitud que ha sufrido la probeta. Se mide entre dos puntos cuya posición está normalizada y se expresa en tanto por ciento. • Estricción: es la reducción de la sección que se produce en la zona de la rotura. En el ensayo se mide la deformación (alargamiento) de la probeta entre dos puntos fijos de la misma a medida que se incrementa la carga aplicada, y se representa gráficamente en función de la tensión (carga aplicada dividida por la sección de la probeta). En general, la curva tensión-deformación así obtenida presenta cuatro zonas diferenciadas (Figura 1): • Deformaciones elásticas: en esta zona las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta, son de pequeña magnitud y, si se retirara la carga aplicada, la probeta recuperaría su forma inicial. El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación se denomina módulo de elasticidad o de Young y es característico del material. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. La

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tensión más elevada que se alcanza en esta región se denomina límite de fluencia y es el que marca la aparición de este fenómeno. • Fluencia. Es la deformación brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenómeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleación bloquean las dislocaciones de la red cristalina impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plásticamente. Alcanzado el límite de fluencia se logra liberar las dislocaciones produciéndose la deformación bruscamente. La deformación en este caso también se distribuye uniformemente a lo largo de la probeta pero concentrándose en las zonas en las que se ha logrado liberar las dislocaciones. • Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona, la probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta región son más acusadas que en la zona elástica. • Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusada reducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual las deformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probeta por ese zona. La estricción es la responsable del descenso de la curva tensión-deformación; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la sección inicial y cuando se produce la estricción la sección disminuye, efecto que no se tiene en cuenta en la representación gráfica.

Figura 1.1. Curva tensión-deformación.

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2

DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN FRIO.

La deformación plática en frío consiste en conformar o cortar un material de poco espesor, normalmente inferior a 15 mm, sin calentamiento de este. Debido a este pequeño espesor y por tanto a su baja resistencia a ser trabajado, no es necesario aumentar la temperatura del material hasta un estado plástico. Dada la precisión dimensional de este método, no solo es utilizado en chapa sino que se utiliza para acabar piezas obtenidas por otros procedimientos. Además de la precisión dimensional y buen acabado conseguimos mayor resistencia mecánica y dureza que en el caso de deformación en caliente, aunque conlleva una reducción de la ductilidad del material.

2.1

Materiales utilizados en los procesos de deformación plástica.

Los materiales de las chapas utilizadas en los procesos de deformación plástica en frío deben ser materiales con las siguientes características: • La plasticidad que es la capacidad que debe tener el material para deformarse de forma permanente sin romperse. • Un límite elástico bajo, es decir, que debe poderse deformarse con facilidad ya que el material solo consigue deformarse permanentemente si se ejercen esfuerzos superiores a dicho límite. Existe por encima del límite elástico un punto, denominado punto de ruptura, donde el material se rompe. Al deformarse el material se va endureciendo progresivamente hasta llegar a este punto. Si cesamos el esfuerzo en un punto de la zona no elástica próximo al punto de rotura por unos instantes y seguimos con el mismo esfuerzo, reemprenderemos la deformación con la dureza que teníamos antes de parar y por lo tanto al aumentar el esfuerzo se romperá la chapa. Esto no sucede si después de parar recocemos la chapa, con este proceso eliminaríamos las tensiones internas. Teniendo en cuentas estas consideraciones, los materiales más apropiados para este tipo de trabajo son los siguientes: • Aceros dulces y extradulces (bajo contenido en carbono). • Aceros austeníticos inoxidables. • Latón y cobre. • Aleaciones ligeras y de aluminio-cobre.

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2.2

Operaciones principales en la deformación plástica en frío.

Las operaciones principales de este proceso son las siguientes: • Cizallado. • Doblado. • Estampación en frio. • Embutición. • Troquelado o punzonado. • Estirado y trefilado. • Curvado. Aunque existen otros menos usuales, tales como el estampado por impacto, conformado por explosión, conformado electrohidráulico y la estampación con matriz flexible e hidroconformado.

2.3

Cizallado.

Es una operación de corte rectilíneo y se realiza por medio de una cizalladora, que es una máquina que contiene dos cuchillas metálica que al cerrarse cortan la chapa. 2.3.1 Descripción del proceso de cizallado. En el esquema adjunto (Figura 2.1) se muestran las cuchillas durante el corte mostrando la cara de corte y los respectivos ángulos correspondientes, siendo α el ángulo de incidencia, > el ángulo de corte y ? el ángulo de desprendimiento. Estos ángulos dependen de la dureza del material a trabajar y de la propia cuchilla.

Figura 2.1. Proceso de corte de la cizalladora.

161

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2.3.2 Herramientas en el cizallado. Existen varios tipos de montajes según la orientación de las cuchillas, pueden ser cizallas de cuchilla paralela (Figura 2.2 a) o cizalla de cuchilla con oblicuidad constante (Figura 2.2 b). En amabas la fuerza de corte es igual a la sección de corte (S) por el esfuerzo a la cortadura (σt).

Figura 2.2 A. Cizallas de cuchilla paralela B. Cizalla de cuchilla con oblicuidad constante

2.3.3 Consideraciones en el cizallado. Debido a que la deformabilidad de una pieza cizallada puede verse influida por la calidad de sus bordes cortados, es importante controlar la holgura adecuada es función del tipo de material, su temple y su espesor, así como del tamaño de la lámina en bruto y de su proximidad a los bordes de esa lámina original. Como criterio general, las holguras para materiales suaves son menores que para materiales duros. Además, mientras más gruesa es la lámina, mayor debe ser la holgura. Los orificios pequeños, en comparación con el material de la lámina, requieren mayores holguras que los orificios mayores. Las holguras están, en general, entre el dos y el ocho por ciento del espesor de la lámina, pero pueden llegar a tener valores de entre el uno y el treinta por ciento. Cuando se emplean holguras elevadas, debe prestarse atención a la rigidez y al alineamiento de las prensas, y a los dados y su preparación. Cuanto menor es la holgura, la calidad de la orilla es mejor. En un proceso llamado rasurado, el material adicional procedente de un borde cortado en bruto se elimina por recorte. 2.3.4 Parámetros de corte en el cizallado. Para definir los el parámetro de corte en el doblado o lo que es lo mismo la fuerza necesaria en la operación es necesario conocer algunas características como son la sección de corte (S), a y s son las dimensiones de la sección de corte y el esfuerzo a la cortadura (σt).

162

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Como se ha visto anteriormente disponemos de dos posiciones de la cuchilla en las cizalladoras, por lo que el esfuerzo de corte para la cuchilla paralela está definida por la ecuación 2.1 y la cuchilla oblicua por la ecuación 2.2. F = S * & =  ∗  ∗ &

2.1

0. -/ ∗ - ∗ & F=  >

2.2

Donde el valor de σt se muestra en la siguiente tabla (tabla 2.1). Material

σt Laminado (kg/mm 2)

σt Recocido (kg/mm 2)

Acero 0.1 %C

32

25

Acero 0.2 %C

40

32

Acero 0.3 %C

48

35

Aluminio

13 - 15

6–7

Bronce

40 – 60

32 – 40

Cobre

25 - 30

18 – 22

Latón

35 - 40

22 - 30

Tabla 2.1 Valores de σt en función del material mecanizado.

2.4

Doblado.

La operación de doblado consiste, en realizar una transformación plástica de una lámina o plancha metálica de material y convertirla en una pieza con forma o geometría distinta a la anterior. Esta operación se realiza en unas máquinas denominadas dobladoras. En cualquiera de las operaciones de doblado, siempre deberá tenerse en cuenta los factores que puedan influir sobre la forma de la pieza a obtener, como por ejemplo: elasticidad del material, radios interiores y ángulos de doblado. 2.4.1 Descripción del proceso de doblado. En el proceso se puede diferenciar 4 etapas, estas son: 1. El punzón y la parte móvil de la matriz permanecen estáticos en el punto muerto superior, mientras que en la parte inferior se posiciona una chapa plana lista para ser doblada. 163

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2. El punzón inicia la carrera de descenso, hasta hacer contacto con la chapa e iniciar el doblado de la misma. 3. Al final de la carrera de descenso el punzón alcanza el punto muerto inferior, y la pieza queda doblada. 4. Después del doblado, la parte superior o móvil de la matriz retrocede hasta alcanzar el punto muerto superior, mientras el extractor inferior saca la pieza fuera de la boca de la matriz. En ese momento el ciclo de trabajo ha finalizado y la matriz está preparada para doblar una nueva pieza. El proceso de doblado se inicia en la segunda fase y termina en la fase tercera, estas etapas está representada en la siguiente figura (Figura 2.3):

Figura 2. 3 detalles del proceso de doblado. 2.a. y 2.b. detalles del doblado.

Para la obtención de un buen doblado deben tenerse en cuenta 3 factores: • La pieza no debe sufrir ningún movimiento anormal durante el doblado. • Los radios interiores de doblado serán como mínimo igual al espesor de la chapa. • Las superficies del punzón o matriz en contacto con la chapa estarán lo más lisas y pulidas posible. 2.4.2 Herramienta en el doblado. El doblado de piezas de chapa se realiza por medio de herramientas o matrices de doblar, que están compuestas de dos partes esenciales: • La superior o macho (punzón). • La inferior o hembra (matriz).

164

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Figura 2.4. herramientas en una dobladora. A. Doblado en V. B. Doblado en U.

La herramienta se compone: • De un punzón P que tiene la forma de la pieza. • De una matriz ó dado M cuya forma en la parte activa, al final de la carrera debe dejar pasar el material, entre ella y el punzón, un juego teóricamente igual al de la propia chapa. 2.4.3 Parámetros de corte en el doblado. En el doblado se definen principalmente dos parámetros, estos son; el radio de curvatura y el esfuerzo necesario para realizar el doblado. Para elegir el radio de curvatura nos basamos en una formulas empíricas en función del material a doblar estas son: '  = C DEFGH '  = 0. . I 0. / ∗ C JKFDELHMFN KLOFGDN

2.3 2.4

Donde s es el espesor de la chapa. El esfuerzo necesario para doblar, está definido de la siguiente forma: ;=

P ' $ ∗ Q ∗  -

2.5

Donde a es la longitud entre los apoyos, b el ancho de la chapa, s es el espesor y RS es la carga unitaria en el límite elástico. (Figura 2.5).

165

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Figura 2.5 Datos geométricos en el doblado de una pieza.

2.5

Estampación en fríío.

El estampado es una operación que consiste en practicar salientes y huecos en una chapa metálica. Desde el punto de vista del trabajo del metal (deformaciones), se sitúa esta operación entre las de dar forma propiamente dichas y las de embutición. Se admite generalmente que se trata de de un estampado cuando los salientes o los huecos no tienen una altura de más de 3 a 5 veces el espesor del metal. Esta operación la realiza una maquina que se le conoce como estampa o estampadora. 2.5.1 Descripción del proceso de estampación esta en frio. En el proceso so se puede diferenciar 4 etapas, estas son: 1. El punzón y la parte móvil de la matriz permanecen estáticos en el punto muerto superior, mientras que en la parte inferior se posiciona una chapa plana lista para ser estampada. 2. El punzón inicia la carrera de descenso, descenso, hasta hacer contacto con la chapa e iniciar el estampado de la misma. 3. Al final de la carrera de descenso el punzón alcanza el punto muerto inferior, y la pieza queda estampada. 4. Después del estampado,, la parte superior o móvil de la matriz retrocede e hasta alcanzar el punto muerto superior, mientras el extractor inferior saca la pieza fuera de la boca de la matriz. En ese momento el ciclo de trabajo ha finalizado y la matriz está preparada para doblar una nueva pieza. Como se pude ver las etapas de la estampación son on semejante a las etapas del proceso de doblado.

166

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2.5.2 Herramientas en la estampación en frío. Las herramientas de estampado variarán, evidentemente, según la forma a estampar. Pueden clasificarse, sin embargo, según el sistema, (Figura 2.6) en:

Figura 2.6 Herramientas en la estampación. A. Simple. B. con expulsor inferior. C. con expulsor superior.

• Herramienta sencilla: para piezas de forma cualquiera cuyas superficies tienen inclinación. Está constituida por: -

P = Punzón

-

M = Matriz

• Herramientas con expulsor inferior: está constituida en forma análoga al caso anterior, pero provista de un expulsor E accionado por el dispositivo expulsor de la prensa. Empleo: Para las piezas de forma cualquiera cuyas caras presentan suficiente inclinación y que se corre el riesgo de que queden atascadas en la matriz. • Herramienta de expulsor superior: está constituida de forma similar a la primera, pero va provista de un expulsor en el punzón, siendo éste accionado por el martillo de la prensa. Empleo: Para piezas cuya forma puede provocar el atasco sobre el punzón. Observaciones: Si la pieza a obtener posee una forma tal, que puede correr el riesgo de quedar atascada entre el punzón y la matriz, se combinarán ventajosamente los dos últimos tipos. 2.5.3 Parámetros de corte en la estampación en frío. El esfuerzo necesario para doblar, está definido de la siguiente forma: ; = & ∗ R  ∗  Donde A estampa es el área de la estampa y s es el espesor de la chapa.

167

2.6

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El valor de σt se muestran en la siguiente tabla (tabla 2.2). Material

σt Laminado (kg/mm2)

σt Recocido (kg/mm2)

Acero 0.1 %C

32

25

Acero 0.2 %C

40

32

Acero 0.3 %C

48

35

Aluminio

13 - 15

6–7

Bronce

40 – 60

32 – 40

Cobre

25 - 30

18 – 22

Latón

35 - 40

22 - 30

Tabla 2.2 Valores de σt en función del material mecanizado.

2.6

Embutición.

Operación mediante la cual se transforma una lámina plana en una pieza cóncava. Para ello se emplean prensas equipadas con moldes o estampas. Estos útiles son de aceros templados y rectificados, aceros moldeados a manganeso o broces al aluminio. 2.6.1 Descripción del proceso en la embutición. En el proceso se puede diferenciar 4 etapas, estas son: 1. El punzón y la parte móvil de la matriz permanecen estáticos en el punto muerto superior, mientras que en la parte inferior se posiciona una chapa plana lista para ser embutida. 2. El punzón inicia la carrera de descenso, hasta hacer contacto con la chapa e iniciar el embutido de la misma. 3. Al final de la carrera de descenso el punzón alcanza el punto muerto inferior, y la pieza queda embutida. 4. Después del embutido, la parte superior o móvil de la matriz retrocede hasta alcanzar el punto muerto superior, mientras el extractor inferior saca la pieza fuera de la boca de la matriz. En ese momento el ciclo de trabajo ha finalizado y la matriz está preparada para doblar una nueva pieza.

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Como se pude ver las etapas del embutido son semejantes a las etapas del proceso de doblado.

Figura 2.7 Descripción del proceso de embutición.

Para este tipo de procesos el material debe ser lo más dúctil y maleable posible, por ello se procede en algunos casos a recocidos previos y calentamientos finales para eliminar las tensiones internas 2.6.2 Herramientas en la embutición. El útil de embutición consta de los siguientes elementos: • De un punzón P que tiene la forma de la pieza. • De una matriz ó dado M cuya forma en la parte activa, al final de la carrera debe dejar pasar el material, entre ella y el punzón, un juego teóricamente igual al de la propia chapa. • Un extractor para facilitar la salida del producto mecanizado.

Figura 2.7. 1. Punzón. 2. Prensa chapas. 3. Chapa. 4. Matriz. 5. Extractor.

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2.6.3 Parámetros de corte en la embutición. Normalmente es necesario definir tres parámetros principalmente, estos son: • El juego que debe existir entre el punzón y la matriz. • El diámetro del disco a embutir. • Esfuerzo necesario para la embutición. Aunque normalmente los valores del juego se deduce empíricamente, se puede aproximar a la siguiente ecuación en función del material, dónde la Ecuación 2.6 corresponde a chapas de acero y la Ecuación 2.6 a chapas de aleaciones ligeras. < =  + -. ./ 

2.7

< =  + -. -/ 

2.8

Y el juego mínimo seria común para ambos tipos, y se define como (Ecuación 2.9) < =  + -

2.9

Para realizar una pieza embutida normalmente se parte de un disco de chapa, donde en teoría este disco tiene el mismo área que la pieza final. Un la siguiente tabla (Tabla 2.3) podemos ver como se obtienen los diámetros de estos discos en función de distintas geometrías finales.

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Tabla 2.3 Calculo del diámetro para los discos de chapa.

Para el cálculo del esfuerzo necesario de embutición habrá que distinguir distintas etapas para evitar el corte de la chapa. Cada etapa se caracteriza por un diámetro distinto. Partiremos de un diámetro de disco Di y avanzamos hasta un diámetro final de la pieza Df. D1 será el primer diámetro al cual se desea llegar, mientras que Dn será el diámetro final en n etapas. Por tanto las ecuaciones son las siguientes:
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