Parcial Procesos II

PROCESOS DE MANUFACTURA II 1

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María Sandoval ; Luis Utria ; Kevin López ; Hankel Ripoll ; Johaan Llanos ; Milton Coba Universidad del Atlántico 1: Estudiantes de ingeniería mecánica. 2: Ingeniero mecánico, PhD.

CUESTIONARIO 1.

¿Qué motivos pueden existir para que la operación de mecanizado sea más costosa que otros procesos de fabricación?

Las operaciones de mecanizado como sabemos se clasifican en procesos por arranque de material (Torneado, fresado, taladrado), procesos abrasivos (rectificado) y métodos no convencionales (electroerosión, corte por agua, láser) los cuales a comparación con otros procesos de fabricación (moldeo, conformado) son más costosos, el motivo de sus altos costos se debe específicamente a que estos procesos:      

2.

Nos suministran alta precisión y mejor acabado superficial. Son aptos para diferentes materiales (limitación en materiales muy duros). Mayor productividad (desde piezas unitarias hasta largas series). Permite desarrollar piezas de diversos tamaños y de mayor complejidad. La maquinaria requerida para los procesos de mecanizado es más compleja que la de otros procesos. Al ser un proceso por arranque de viruta existe más gasto de material. Esto tiene un impacto en los requerimientos energéticos del procedimiento. Generalmente para disminuir los gastos energéticos y de material se emplea el mecanizado en piezas que generalmente se han fabricado con otros procesos, por ejemplo un cigüeñal prefabricado por forja y luego mecanizado.

La realización de operaciones de desbaste y acabado incrementa el tiempo de las operaciones de mecanizado ¿Por qué crees que se deben realizar varias operaciones sobre la misma pieza? ¿Qué requisitos se le piden a las operaciones de desbaste? ¿Y a las de acabado?

Para piezas de alta exigencia es necesario realizar varias operaciones durante un proceso de mecanizado, la principal razón es obtener una pieza con una mayor precisión y gran calidad, no importando el tiempo que tome realizar operaciones adicionales para conseguir dichas características, puesto que la productividad pasa a un segundo plano dando mayor importancia a lo mencionado antes. Durante un proceso de mecanizado, el desbaste y el acabado son los procesos a los cuales se somete la pieza después de su fabricación. En la operación de desbaste los requerimientos más importantes son eliminar la máxima cantidad de material la cual nos garantizará la productividad, acercarse a la forma final sin importar el acabado de la pieza ya que lo que se requiere es aproximar a las medidas finales de la pieza de forma rápida mediante una herramienta robusta la cual es de un tamaño considerable con respecto a las de acabado. Seguido de la operación de desbaste se procede a realizar el acabado cuya finalidad es dejar la pieza con los ajustes de tolerancias requeridos la cual nos proporcionará la precisión, como se mencionaba anteriormente las herramientas utilizadas durante el acabado son de menor tamaño que las de desbaste ya que se requiere una mayor precisión y acabado superficial. 3.

¿Cuántos grados de libertad debería permitir la máquina en la que se realizan las operaciones de torneado? Representar esquemáticamente la máquina y los movimientos que debe tener.

El torno convencional nos limita a dos movimientos independientes o grados de libertad, el de la herramienta de corte la cual va montada sobre un carro que se desplaza sobre unas guías o rieles paralelos al eje de giro de la pieza que se tornea, llamado eje Z; y sobre este carro hay otro que se mueve según el eje X, en dirección radial a la pieza que se torna.

En los tornos CNC la característica principal de este tipo de máquinas es el número de grados de libertad disponibles, llamados ejes de la máquina. Se va de 2 a 4. Los tipos más comunes son de: 2 Ejes: movimiento sólo sobre X e Y. Piezas limitadas a maquinados planos sin variación de profundidad. 2.5 Ejes (dos ejes y medio): se trata de máquinas en grado de operar sobre todos los tres ejes, pero sólo a pasos discretos sobre uno de ellos (generalmente el eje Z), esto es efectuando la interpolación sólo sobre dos ejes. 4 y 5 ejes: Además del movimiento sobre sus tres ejes X, Y, Z se agrega la inclinación (y eventualmente la rotación) del mandril o de una base roto-basculante solidaria al plano de la máquina.

4.

En una operación de cilindrado, dibuja una herramienta (Hta. A) con un ángulo de posición de filo principal de 95º y un ángulo de posición de filo secundario de 45º. Dibuja al lado otra herramienta (Hta. B) de ángulo de posición de filo principal de 45º y un ángulo de posición de filo secundario de 15º. ¿Qué ventajas y desventajas tiene la herramienta A respecto de la B?

Herramienta A

Herramienta B

La ventaja de la herramienta A respecto a la herramienta B está en que el ángulo del filo principal es mayor, lo cual permite que la viruta sea evacuada de forma más rápida y así evitar la acumulación de la misma, sin embargo, la desventaja es que el ángulo es mayor en la punta de la herramienta A y por ende será más frágil que la de la herramienta B.

5.

¿Qué ventaja tiene utilizar herramientas ángulos de desprendimiento negativos, frente a herramientas de ángulo de desprendimiento positivo?

Cuando se trabaja con herramientas que poseen un ángulo de corte negativo durante el mecanizado en torno, se obtienen fuerzas de fricción menores en comparación a las que obtendríamos si trabajáramos con herramientas de ángulo de corte positivo.

Además así tendríamos menor cantidad de viruta sobre el flanco de ataque y bajo el ángulo negativo ésta se desprende más fácil. Una fricción menor facilitará en gran medida el proceso, y basándose en las fórmulas que describen el comportamiento e influencia de los ángulos de ataque sobre el coeficiente de fricción expuestas por Merchant. [

]

(1) (2)

Y sabiendo que es conveniente hacer del valor de lo más grande que se pueda, para obtener energías y temperaturas de corte más bajas, esto debido a que aminoramos el área en la zona secundaria de corte, por lo que existiría menos contacto entre la herramienta y la viruta. Si decimos que este es un valor constante, esto con el fin de analizar el comportamiento de respecto a , entonces sólo tendríamos dos variables, y si lo que nos interesa es que tome el menor valor posible para disminuir el coeficiente de rozamiento.

6.

Las guías son uno de los elementos más importantes del torno ¿por qué crees que adquieren esta importancia?

Las guías son esenciales porque sirven de perfecto asiento y permiten un deslizamiento suave y SIN JUEGO al carro y al contracabezal o contrapunta. Deben estar perfectamente rasqueteadas o rectificadas. Es común que hayan recibido un tratamiento de temple superficial, para resistir el desgaste. A veces, las guías se hacen postizas, de acero templado y rectificado. 7.

¿Por qué se utilizan elementos de apoyo como las lunetas o el contrapunto en el torneado de piezas esbeltas?

El contrapunto se usa para obtener mecanizado de piezas concéntricas puede ser piezas entre plato y punto o entre puntas, este último es para mecanizado de piezas muy concéntricas es decir mayor precisión. La luneta se usa para evitar la flexión de mecanizado de ejes largos un ejemplo para luneta fija. Imaginemos que tienes un torno grande y hay que mecanizar un eje de 1 metro de largo pero solo en el extremo entonces se pone la pieza en el chuck y el otro extremo se coloca la luneta fija un poco más adentro de lo que se va a mecanizar se hace el centrado respectivo se ajusta la luneta y se mecaniza este caso es para evitar la vibración de la pieza a mecanizar ya que por ser largo vibraría demasiado si un apoyo. Ahora un ejemplo de luneta móvil esta luneta va empernada al carro longitudinal. Bien pongamos ahora que hay que mecanizar esta pieza de un metro pero a todo el largo entonces se usa el contrapunto y luneta móvil. El contrapunto sirve de apoyo y centrado de la pieza a cilindrar y la luneta móvil hace de contra-esfuerzo a la cuchilla que realiza el corte ya que avanzan en conjunto sabemos que si no hubiera luneta pasarían 2 cosas:  

si mecanizaras en baja velocidad y gran corte la cuchilla empujaría a la pieza otorgándonos como resultado medidas variables en toda la longitud de la pieza ya que mientras más al centro menos apoyo. Si usaras alta velocidad, al prender el torno la pieza se flexionaría por el centro.

Así, ya tenemos claro por qué se utilizan estos dos tipos de elementos en el proceso de torneado.

8.

En el torneado de una rosca ¿Cómo se consigue sincronizar el movimiento principal con el de avance en un torno paralelo? ¿y en un torno de CNC? Se puede utilizar un torno de plantilla con husillo de trabajo móvil, como se puede observar en el extremo izquierdo del husillo principal se coloca una plantilla con la rosca que se quiere fabricar (a), ésta se acopla a una tuerca (b) que sirve de

guía al husillo principal del torno. Es el husillo que se desplaza o avanza de acuerdo a lo que requiere la plantilla, como lo demandaría un tornillo acoplándose a su tuerca, mientras que el útil de roscar está inmóvil. Para ello los tornos paralelos universales incorporan un mecanismo llamado Caja Norton, estos componen el conjunto de engranes que facilitan esta tarea y evitan montar un tren de engranajes cada vez que se quisiera efectuar una rosca. Este mecanismo dio solución al cambio manual de engranajes para fijar los pasos de las piezas a roscar. Esta caja puede constar de varios trenes desplazables de engranajes o bien de uno basculante y un cono de engranajes. La caja conecta el movimiento del cabezal del torno con el carro portaherramientas que lleva incorporado un husillo de rosca cuadrada, con la manipulación de varias palancas se pueden fijar distintas velocidades de avance de carro portaherramientas, permitiendo realizar una gran variedad de pasos de rosca tanto métricos como Withworth. 9.

¿Qué parámetros se deben conocer para tornear una pieza en un torno? ¿a partir de que datos o parámetros se pueden obtener?

1.

Parámetros que se deben conocer Velocidad de corte ( )

2.

Fuerza de corte ( )

3.

Potencia de corte (

4.

Tiempo de corte ( )

5.

Velocidad de avance ( )

6.

Rendimiento del torno ( )

)

Parámetros de los que depende Diámetro inicial de la pieza. ( ) Velocidad de giro de la pieza. (n) Factor aproximadamente constante que rotura a la tracción con la fuerza especifica de corte, adimensional. (k) Resistencia a la tracción del material de la pieza. ( ) Avance. ( ) Profundidad de pasada. ( ) Fuerza de corte. ( ) Velocidad de corte. ( ) Longitud a cortar. ( ) Velocidad de avance. ( ) Avance. ( ) Velocidad de giro de la pieza. (n) Potencia de corte. ( ) Potencia necesaria en el motor del torno ( )

10. La bancada de la maquina es una pieza de fundición que es altamente rígida. ¿Por qué es necesario conseguir esta rigidez? ¿no se podrían utilizar materiales y diseños más ligeros para construir maquinas menos pesadas y más baratas? La bancada está construida de fundición de hierro gris. La estructura o bancada nos proporciona rigidez y amortiguación a las vibraciones, al mismo tiempo que condiciona su precisión y estabilidad térmica. Las máquinas herramienta de alta velocidad requieren de una rigidez adecuada a su destino de uso, pero fundamentalmente una alta resistencia a las vibraciones e intervalos de tolerancias dimensionales, geométricas y de posición estrictamente apegada a la norma. Dado que los problemas de deformación más importantes en una máquina herramienta son los debidos a los esfuerzos de flexión o torsión, más que a los de tracción o compresión, se utilizan en su construcción diseños de bancadas con enervados internos rigidizantes, y al mismo tiempo minimizan el peso de la máquina. Pero hoy en día existen materiales poliméricos (más ligeros) que mejoran dichas características de la fundición de hierro gris. Los materiales poliméricos han sido utilizados desde hace años en la construcción de bancadas para máquinas herramienta; su ventaja respecto a la fundición de hierro es la capacidad de absorción de vibraciones, que es unas 10 veces superior, siendo su coeficiente de expansión térmico

prácticamente idéntico al de la fundición de hierro. Esta característica evita problemas mecánicos y de precisión en uniones acero-polímero, y mejora la capacidad de absorción de vibraciones de los elementos. En conclusión si existe otro material para fabricar bancadas más ligeras, sin embargo las bancadas de fundición gris son las de más bajo costo.

11. A pesar de que el proceso de fresado sea muy versátil, piensa en geometrías de pieza que sean muy difíciles/imposibles de realizar mediante fresado. En el proceso de fresado se pueden mecanizar piezas con cualquier tipo de geometría desde las más comunes como piezas taladradas o escariadas hasta las más complejas como piezas con roscas y engranajes. Esto será posible siempre y cuando la máquina cuente con las herramientas necesarias para poder realizar una operación óptima.

12. ¿Cuál es el número máximo de ejes que suelen incorporar las fresadoras? ¿Qué ventajas puede tener incorporados? ¿y que desventajas? El número de ejes en una fresadora es lo que determina las posibilidades de movimiento de la máquina herramienta. Así, a mayor número de ejes, mayores posibilidades de movimiento o más grados de libertad. El número máximo de ejes en una fresadora es de 5. En este sentido, pueden clasificarse las fresadoras, según el número de ejes, en tres tipos: 3-eje, eje 4-y 5-ejes. Generalmente, una máquina que tiene un mayor número de ejes se pueden realizar operaciones de corte detalladas y precisas mejor que los que tienen un menor número de ejes. Por lo tanto, 5-eje centro de mecanizado puede realizar operaciones de fresado rápido y preciso mucho mejor que el centro de mecanizado 4-ejes. Las desventajas están en los costos, una maquina con mayor número de ejes será más costosa que una de menor número de ejes. 13. En las operaciones de torneado, la viruta puede enredarse entre la herramienta y la pieza lo que genera grandes problemas para poder retirarla de la zona de trabajo, sin embargo en fresado esto no es ningún problema. ¿Podrías explicar por qué? En un proceso de fresado, el filo de corte se encarga de separar la viruta del material de trabajo, luego de esto la viruta resultante intenta alojarse en la superficie de ataque que se encarga de dirigir su flujo sobre un ángulo de incidencia α, que puede ser positivo o negativo. Esto quiere decir que por ejemplo, en un proceso de fresado en el que el sentido del avance es el opuesto al sentido de la rotación de la herramienta la viruta es arrojada hacia adelante por la herramienta de corte, esto se debe a que la herramienta de corte gira a altas velocidades y la misma aceleración de la herramienta saca la viruta que intenta alojarse en la cara de desprendimiento; cosa parecida a lo que sucede en un proceso de fresado en el que el avance y la velocidad de rotación de la herramienta tienen el mismo sentido, en este proceso la disposición de la viruta es más conveniente puesto que la viruta es despedida por la herramienta de corte a la parte de atrás, además de que en este proceso se arrastra menos cantidad de viruta, lo que mejora considerablemente el acabado superficial. 14. Dibuja una secuencia de golpeo de varios filos sobre una pieza. ¿A partir de este dibujo podrías obtener una relación entre los parámetros de fresado y la rugosidad superficial resultante? ¿Qué parámetro es la más influyente?

Dado que el avance está directamente relacionado con el avance de la herramienta de corte:

Donde = Radio de punta de la herramienta. = avance. = Rugosidad

En el fresado el avance de la herramienta por dientes está dado por:

Para mejorar el acabado se hace necesario aumentar la velocidad de corte en la operación y disminuir la velocidad de avance de la máquina. ( (

) )

Implementando fresas con más dientes y de diámetros pequeños obtenemos también buenos acabados superficiales, además de que un mayor número de dientes y con un avance menor por cada diente disminuiremos los esfuerzos que actúan sobre la herramienta de corte en función del espesor de viruta variable y mejoramos la estabilidad del proceso.

15. Además de la fuerza de corte hay otras dos componentes: Radial y tangencial ¿Puedes explicar cómo influye cada una de estas componentes en el proceso de fresado?

En el fresado se generan tres fuerzas como reacción a la oposición del material al movimiento de avance de la herramienta de corte, una fuerza de corte, tangencial y radial, estas dos últimas fuerzas se generan en dos sentidos, las fuerzas que intentan detener el avance de la herramienta, en dirección radial y mientras se arranca material, aparece una fuerza que se iguala con la fuerza normal a la superficie que está maquinando, esta es una fuerza tangencial igual y opuesta a la normal. El fresado, como se ve en la figura, es realizado por una fuerza periférica P tangencial a la fresa, la cual debe vencer la resistencia

ofrecida por el material sobre el diente. Aparece una fuerza S radial, soportada por el árbol porta fresa. Como resultante de P y de S actúa la fuerza R sobre el árbol porta fresa, provocando un esfuerzo de flexión compuesta.

16. ¿Qué ventajas puede tener utilizar una fresadora horizontal frente a una vertical? La principal ventaja que se podría obtener utilizando una fresadora horizontal con respecto a una vertical es un factor deseado por la mayoría de los grandes fabricantes de piezas metalmecánicas y es la productividad, si bien la operación pilar de esta máquina horizontal es el ranurado y con la ayuda de su eje portaherramientas se pueden montar una serie de fresas paralelas entre si denominadas tren de fresado y gracias a esta adecuación se obtendrán una serie de ranuras paralelas y de esta manera se aumentara la productividad. 17. ¿qué ventaja puede tener utilizar una fresadora donde el movimiento de los ejes sea transmitido directamente a la herramienta, mientras que la mesa donde se coloca la pieza permanece inmóvil? Esto constituye una gran ventaja, puesto que al girar sólo la herramienta de corte, se está distribuyendo de mejor manera el calor al rededor y sobre la herramienta de corte, puesto que el filo no está en contacto directo con el material de trabajo todo el tiempo, además de que se facilita la extracción de la viruta empujándola por la superficie de ataque de la herramienta. Haciendo girar la pieza, sólo es posible obtener piezas de solido revolución, es decir se modela un contorno en paralelo a un eje, por lo que se hace más conveniente trabajar con un husillo móvil y la pieza fija, facilitando la obtención de piezas de mayor grado de complejidad. Además de esto, cuando se maquinan piezas robustas y de gran tamaño, sería muy complicado hacerlas girar, y es ahí donde aparecen todos esos problemas de vibraciones y desajuste de la pieza, haciéndose necesario implementar elementos como por ejemplo el contrapunto en los tornos. 18. En la punta de las brocas, la unión de los filos se realiza mediante un pequeño filo adicional denominado filo transversal. ¿Podrías explicar que función tiene? El filo transversal es la arista en la punta de la broca que une los dos filos principales. Debe formar con ellas un ángulo de 55° para trabajos normales. Esto se consigue por medio de un destalonado adecuado de las superficies de incidencia. Si el filo transversal forma con los principales otro ángulo variará el ángulo de incidencia y se necesita mayor esfuerzo de avance, es decir la función del filo transversal no es cortar, únicamente rasca, realmente este filo exige alrededor de la tercera parte del total de la fuerza de avance. La longitud del filo transversal viene dada por la profundidad de ranura. Al aplicar la broca se encuentra la punta guiada primeramente por la concavidad del granetazo que marca el centro del taladro. El filo transversal que penetra en ese sitio aplasta el material hacia afuera durante todo el tiempo que media hasta que, al seguir penetrando, entran en acción los dos filos principales y levantan en el fondo del agujero dos virutas del mismo espesor.

19. Para la operación de taladrado, ¿Podría servir alguna de las maquinas que se han estudiado?

Por supuesto, en el torno y la fresadora también se pueden realizar operaciones de taladrado ya que vienen con ciertos aditamentos para este tipo de operación. En el torno solo se pueden hacer taladrados en donde el orificio sea concéntrico con el eje de giro de la pieza. En la fresadora generalmente las verticales, debido a la posición del husillo se pueden hacer taladrados en diferentes posiciones y a diferentes ángulos. Se denomina taladrado a la operación de mecanizado que tiene por objeto producir agujeros cilíndricos en una pieza cualquiera, utilizando como herramienta una broca, es decir que la operación de taladrado se puede hacer con un taladro portátil, con una máquina taladradora, en un torno, en una fresadora, en un centro de mecanizado CNC o en una mandriladora. 20. ¿Por qué muchas brocas disponen de unos orificios por donde se inyecta un fluido coaxial a la herramienta? ¿Podrías exponer al menos tres razones? En muchos procesos de mecanizado es esencial utilizar fluidos de corte para mejorar el proceso. La existencia de orificios por donde se inyecta dicho fluido evidencia la importancia de su uso, los cuales serían:    

REFRIGERACIÓN: El fluido debe eliminar el elevado calor que se produce en la operación de mecanizado, para que la pieza a mecanizar no sufra cambios térmicos (temple). ELIMINACIÓN DE VIRUTA: El fluido debe retirar eficientemente la viruta lejos de la zona de operación para no interferir en el proceso y permitir la calidad superficial requerida. LUBRICACIÓN: Reducir el coeficiente de fricción entre la herramienta y la pieza y entre la h erramienta y la viruta que está siendo eliminada. PROTECCIÓN FRENTE A LA CORROSIÓN: El fluido acuoso podría oxidar y corroer la piez a, la herramienta o la máquina, para evitarlo las formulaciones incorporan protectores frente a la corrosión, es decir que además de lo mencionado el uso de este fluido mejorará la vida útil de la herramienta.

21. ¿Se podría realizar un taladrado con una fresa? ¿Cómo se podría realizar y que ventajas y desventajas se obtendrían? Si, se podría realizar un taladrado con una fresa. La fresadora, siendo una de las maquinas herramientas más versátiles en la industria, nos permite hacer una gran cantidad de operaciones de mecanizado. En las fresadoras verticales gracias a la posición vertical del husillo se pueden realizar operaciones de careado, torneado interior, rimado, fresado, taladrado, entre otros. Las ventajas que nos podría traer usar una fresadora para realizar un taladrado seria obtener mayor precisión y mejor calidad del proceso junto con una mayor uniformidad, además de poder realizar procesos de fresado y taladrado en la pieza sin necesidad de desmontarla de la máquina, esto traducido en un ahorro de tiempo de producción, sin embargo, trae como desventaja el alto costo del proceso con respecto al taladrado convencional. 22. Además de la broca cañón, existen otra serie de soluciones para realizar operaciones de taladrado profundo ¿Podrías investigar que sistemas/máquinas de taladrado profundo se pueden encontrar en el mercado para la realización de agujeros de gran profundidad y con diámetros superiores a 15 mm de diámetro? - La máquina de taladrado profundo se parece fundamentalmente a un torno o una mandriladora horizontal. Una bancada aloja los elementos de fijación de la pieza a mecanizar. Un cabezal de taladrado que aloja la herramienta es montado sobre un carro de movimiento longitudinal. Máquinas para taladrar grandes diámetros pueden tener una longitud de decenas de metros. El taladrado profundo es posible también en algunos centros de mecanizado empleando accesorios dispuestos para este fin. Las brocas suelen ser monolabiales o bilabiales con la cabeza fabricada de metal duro y tienen diámetros comerciales de 0,5 a 50 mm. Fabricaciones especiales son factibles para diámetros muchos mayores. - En la práctica del taladrado de precisión y alto rendimiento la broca monolabial ha logrado unos excelentes resultados por la tolerancia en diámetro, la calidad superficial y la desviación mínima de los taladros producidos. La broca monolabial es una herramienta de un solo filo de corte que debe ir guiada en un casquillo al inicio del taladro. Esta herramientas no solo se emplean en máquinas específicas de taladrado profundo, sino también por ejemplo, en centros de mecanizado y tornos automáticos. La broca monolabial se fabrica en cualquier diámetro desde 0.6 hasta más de 50 mm, en longitud que alcanzan hasta unos 6000 mm.

- El sistema de Doble Tubo fue diseñado para utilizar la Tecnología BTA en piezas donde no era posible obtener una buena estanqueidad en la cara de taladrado, su diseño permitió ser adaptado con pequeñas inversiones a máquinas-herramientas más convencionales evitando las costosas inversiones necesarias en máquinas especiales para el empleo del sistema monotubo. Por contrapartida el espacio mínimo necesario del tubo de evacuación interior no permite fabricar este sistema en diámetros de taladrado inferiores a 18,4 mm. Además la menor salida de viruta condiciona un avance aprox 15/20% menor que Monotubo. A partir de profundidades superiores a 50xD, el sistema pierde poder de succión y es muy difícil evacuar las virutas por lo que habitualmente es el límite recomendado.

23. ¿En qué operación crees que la herramienta de corte debe soportar mayores temperaturas, en fresado o torneado? Razona la respuesta. En el proceso de fresado se hace uso de una mejor distribución del calor a través de la herramienta de corte porque hay diferentes superficies en contacto, por esto se alcanza mejores y más altas velocidades. 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 de la herramienta alcanzan temperaturas inferiores a las que se alcanzan en un torno y, en consecuencia, se utilizan velocidades de corte mayores. Por lo tanto se considera que durante una operación de torneado se alcanzaran temperaturas mayores a las del fresado ya que durante la operación la herramienta siempre estará en contacto con el material que se mecaniza. 24. Explicar por qué el acero al carbono no se utiliza como herramienta de corte. Los aceros al carbono generalmente tienen un contenido de carbono de 0.5 a 1.5%, la principal razón por la que este tipo de acero no es utilizado como herramienta de corte es porque a temperaturas superiores a los 250°C pierde su dureza y por lo tanto es inapropiado para grandes velocidades de corte como las que se consiguen en el mecanizado por arranque de viruta. Para una buena herramienta de corte, los materiales que la forman deben tener las siguientes características: • • •

Dureza - Debe tener mucha dureza para aguantar la elevada temperatura y fuerza de fricción cuanto está en contacto con la pieza. Resiliencia - Debe tener resiliencia para que las herramientas no se agrieten o se fracturen. Resistencia al desgaste - Debe tener una duración aceptable, debido a los costos de producción y evitar un recambio de piezas.

La dureza de los aceros al carbono viene decayendo en forma exponencial con respecto a la temperatura, en comparación con los otros materiales se deformaría muy fácilmente y no podría realizarse el corte, así que no cumple con los requisitos antes mencionados. 25. ¿Estás de acuerdo con la siguiente afirmación?: “Reducir la velocidad de corte siempre mejora la vida de la herramienta porque así lo predice la ecuación de Taylor”. Sí, aunque no sería el único factor que afectaría la vida de la herramienta este sería el más importante. La vida de la herramienta está directamente relacionada con los parámetros de corte. La primera relación entre vida de herramienta y parámetros de corte fue la ecuación de Taylor:

La ecuación de Taylor relaciona la duración de la herramienta con la velocidad de corte donde la relación inversamente proporcional entre ambas evidencia que la reducción de la Vc aumenta la vida útil de la herramienta. Además estudios prácticos donde se han hecho pruebas en las mismas condiciones de ensayo variando los valores de la velocidad de corte han comprobado la ley de Taylor. 26. El desgaste de flanco se controla mediante el parámetro Vc. Suponiendo que la herramienta de corte continúa mecanizando a pesar del desgaste ¿Cómo influiría sobre el mecanizado de una pieza un desgaste excesivo de la herramienta? ¿Sería necesario controlarlo? El factor con mayor influencia (al igual que el material de trabajo, material de herramienta y forma de la misma) es la velocidad de corte. Se ha de buscar una Vc tal que los costes sean mínimos. Los costes son

función de la velocidad de producción y de la duración de la herramienta entre afilados (o cambio). A un aumento desmedido Vc disminuye rápidamente la vida útil de la herramienta. Un desgaste excesivo generará un aumento necesario de la fuerza de corte reflejado en un aumento en la potencia del motor para realizar la misma operación, esto traducido a una disminución del rendimiento de la máquina. El mecanizado además, no será uniforme y se dará un aumento en la temperatura del proceso elevando la posibilidad de rotura de la herramienta, por estos factores se puede ver afectada la producción en cuanto a los costes, pues se requiere detener el proceso constantemente, disminuyendo el tiempo entre afilados o cambio de la herramienta. Se hace necesario controlar este desgaste para disminuir el tiempo de producción de una pieza. 27. En caso de que durante el mecanizado de una pieza, se observe una rotura de la herramienta. ¿Qué parámetros de mecanizado se podrían modificar? ¿Cómo afectarían a la productividad? Como mencionamos en el interrogante anterior el factor con mayor influencia es la velocidad de corte, al igual que el material de trabajo y material de la herramienta. Un desgaste excesivo crea la posibilidad de rotura de la herramienta, por estos factores se puede ver afectada la producción en cuanto a los costes, pues se requiere detener el proceso constantemente, disminuyendo el tiempo entre afilados o cambio de la herramienta. Se hace necesario controlar este desgaste para disminuir el tiempo de producción de una pieza. Los parámetros de mecanizado inmediatos que se podrían modificar serian entonces: La velocidad de corte, el ángulo de incidencia de la herramienta, la velocidad de avance, el tiempo de trabajo de una herramienta, el material de la pieza y la tenacidad de la herramienta. Debemos tener en cuenta que este tipo de problemas puede estar sucediendo también porque la máquina herramienta carece de rigidez o porque puede haber algún problema con los rodamientos y/o algunos componentes de las máquinas están desgastados, por lo que se recomienda realizar un mantenimiento periódico a las máquinas de mecanizado.

PROBLEMAS 1.

Partiendo de una barra de acero de longitud 75 mm y diámetro 50 mm, de , k=4, se desea refrentarla en desbaste hasta dejarla a 70 mm de longitud. Se dispone de un torno de 5 kW, con un rendimiento mecánico del 70% y las siguientes marchas (vueltas por minuto): 2500, 1250, 600, 300, 150. Se utilizara una herramienta de metal duro. Determinar el tiempo de corte.

Barra de acero de longitud: 75 mm Diámetro de la herramienta: 50mm

Es un proceso de refrentado

Ecuaciones: ( )

( )

Sustituyendo

( ) ( )

( )

( )

De esta ecuación concluimos que el tiempo no depende de la velocidad a la que gire la pieza de trabajo, por lo que tendremos el mismo tiempo para todas las situaciones: (

2.

)( ) (

)(

)(

)( )

Queremos refrentar la cara A de la pieza de la figura entre los diámetros 160 mm y 50 mm, a velocidad de corte constante Vc=120 m/min y con un avance por vuelta a=0,2mm por vuelta constante. ¿Cuál será el tiempo de corte y que vueltas por minuto tendrá la pieza al contactar la herramienta con el diámetro de 160 y con el diámetro de 50 mm?

n=? Resolviendo.

(

Refrentado en A

(

) ) ⁄

⁄

3.

⁄ Se dispone de un bloque de acero de . Se desea rebajar la altura de 50 a 45m, obteniendo un acabado superficial con rugosidad . Se dispone de una fresa frontal de D= 150mm, con 10 cuchillas de metal duro, con un ángulo de incidencia frontal de 3º, montada en una fresadora vertical con un rendimiento mecánico del 0,7 y un motor de 15kW.

Calcular:   

Las condiciones de corte Vc, , Va, Po. La secuencia de operaciones a realizar. El tiempo de mecanizado.

El valor de la rugosidad (1,6 ) corresponde a una calidad de superficie buena, las estimas no son visibles a simple vista, corresponden a unos valores de mejor calidad para el acabado superficial que se pueden obtener por fresado y el Roughness grade number es N7. Proceso Fresado Torneado Taladrado

Calidad superior Bueno Bueno mediano

Por consiguiente deberán realizarse 2 pasadas: La primera pasada (de desbaste) con una p = 4,2 mm La segunda pasada (para dar el acotado) con una p =0,8 mm

Primera pasada (Desbaste)

1-6 0,5-6 1,5-6

RGN N7-N9 N6-N9 N7-N9

( ( )(

)( )( )(

) )

Debido a que el valor de la resistencia a la tracción para un acero inoxidable varía entre rangos que van desde los 50 y los 90 , el nuestro es un acero del cual sólo sabemos que asumiremos que el acero de la pieza de trabajo es uno de estos, sólo con el fin de darle una resolución al ejercicio. Debido a que el tipo de material de trabajo es uno de los principales factores que determinan la velocidad de corte (según “tecnología de las maquinas herramientas tabla 60-1 página 468”) Materiales Acero inoxidable

Desbaste:

Fresa de acero de alta velocidad 10 a 25 m/min

pequeña, avance mayor

Acabado:

grande, avance menor

Donde las unidades son:

( (

) ) (

)

(

)( (

(

) )

)(

)

Segunda pasada (acabado)

( ( )(

)( )( )(

) )

Para procesos de acabado es mejor usar velocidades altas.

(

) (

4.

)

En una fresadora horizontal de rendimiento 0,8 y motor de 1,7 kW, se monta una fresa cilíndrica de 60 mm de longitud, 100 mm de diámetro, con 12 dientes. Se desea planear una cara de 40 mm de anchura, de un bloque de acero de , k= 4, con una pasada de 6mm de profundidad. Se recomienda un avance por diente de 0,03 mm para obtener el grado de rugosidad deseado

Definir: a. b.

La velocidad de corte a emplear para obtener la máxima productividad El material más recomendado para las cuchillas.

Datos: Fresadora: n=0, 80 Nc=1,47kW

Herramienta de corte: L: 60mm D:100mm Z: 12

Material: σt=700N/mm2 k=4 b=40mm p = 6mm az=0,03

Solución: a)

Velocidad de Corte Utilizamos la ecuación de potencia del motor y despejamos nuestra incógnita de interés. (Velocidad media de avance): Nc=k σt p b Vam (

)(

)

A continuación utilizamos el valor obtenido, para hallar el valor de la marcha en la ecuación:

Por ultimo despejamos la velocidad de corte de la ecuación: (

b)

Material y tipo de cuchilla.

)(

)

Debido a que estamos fresando en escuadra/planeado, La fresa de primera elección es CoroMill 490, precisa y de corte ligero. Esta fresa ofrece precisión para fresar escuadras más profundas en varias pasadas con muy pocas aristas. Ficha técnica: Calidad: Apta para acero Velocidad de corte: 150 m/min CoroMill 490: un historial de éxitos en el mercado CoroMill 490 supuso un ahorro inmediato. Material: acero forjado, 40Cr Resultado anual: 9.000 euros de ahorro en costes; 370 horas de reducción del tiempo de corte; 65% de aumento de productividad. Fresa: 490-063Q22-08H Calidad: -PM, GC4240 Velocidad de corte: 180 m/min Avance de la mesa: 900 mm/min 5.

En una fresadora vertical con un rendimiento mecánico del 0,65 y un motor de potencia P=1,46 kW, se desea efectuar una ranura de 20mm de ancho y 10mm de profundidad en una pieza de acero de ⁄ de , k=4, usando una fresa frontal de acero rápido de , con 4 dientes.

Suponiendo que la operación se efectúa en una sola pasada y en unas condiciones de corte tales que consumen toda la potencia disponible, definir:  

Las condiciones de corte Va, p, , Va. La fuerza radial y el par sobre su eje en la herramienta.

⁄

Sólo 1 pasada.

(

( )

⁄

)

⁄

( ) ⁄

( (

)

(

)

)( )(

)

⁄

De la misma tabla, tomando valores para el acero inoxidable en una operación de desbaste (Es decir tomando la velocidad más baja para facilitar la operación) ⁄

⁄

⁄

6.

⁄

Se dispone de una taladradora de rendimiento mecánico de 0,7 y un motor de 5kW. Se ha de efectuar un agujero de 35 H7 en una pieza de acero de , k=4, y espesor 30 mm.

Definir: a. b. c. d. e.

El proceso que debería seguirse para realizar la operación. Las herramientas a utilizar. Las condiciones de corte. El tiempo necesario para la operación. La potencia máxima utilizada.

Solución: Se dispone de una taladradora de rendimiento mecánico de 0,7 y un motor de 5kW.Se ha de efectuar un agujero de 35 H7 en una pieza de acero de =750 N/mm2, k=4 y espesor de 30mm. Procedimiento: Inicialmente utilizamos una broca de diámetro 32mm para agujerar la superficie de la pieza, posteriormente procedemos a ampliar el agujero realizado, repasando con una broca mandril y por ultimo escariamos para conseguir una mejor precisión en el agujero(tol +0,01) y mejores acabados(N7). Herramientas a utilizar: Se disponen de brocas de diámetros 2 - 35 mm cada 0.2mm. El mandril seleccionado tiene De= 34,60 mm y Di= 32,00 mm y 3 filos Cortantes. El Escariador, De= 35,00 mm y Di= 33,00 mm y 8 filos cortantes. Primero hallamos las condiciones de corte para el primer procedimiento, el taladrado: ( Por definición, el

(

)

)

( )(

)(

)

( )(

(

)(

)

)

Luego, realizamos el mandrinado: En el mandrinado, se trabajan iguales velocidades de corte y avance al taladrado. ( )( ) ( ) ( ( )(

)(

)(

)( )(

)(

)(

) )

Para el escariado usamos velocidades corte que generalmente se aproximan a la velocidad de corte del taladrado Vc=13,67m/min El avance en este proceso es generalmente 3 o 4 veces más rápida que en el taladrado: ( Para el tiempo del proceso

)

⁄

(

1) 2) 3)

(

)( (

(

)( (

(

)(

)(

)

)( )( )

)

)(

)

)(

)

)(

)

El tiempo total del proceso es igual a 1,1min.

7.

Calcular el Angulo de deslizamiento, el coeficiente de rozamiento y la tensión dinámica de deslizamiento para un proceso de mecanizado en el que se dan las siguientes condiciones: Material

Acero

Velocidad de corte

V= 0,5 m/s

Angulo de desprendimiento

= 15°

Espesor de la viruta no deformada

h1 = 0,15 mm

Ancho de corte

b = 4 mm

Longitud de la viruta no deformada

l1 = 250 mm

Longitud de la viruta

l2 = 110 mm

Fuerza en el plano normal

Nc = 50 daN

Fuerza colineal con la velocidad

Fc = 100 daN

Solución: Para la resolución de este ejercicio se va a tomar el modelo de corte ortogonal del plano de deslizamiento propuesto por pijspanen y recogido esquemáticamente en esta figura:

Dónde: -

A , cara de desprendimiento, es sobre la que desliza la viruta. Aa, cara de incidencia, es la que queda siempre frente a la superficie mecanizada. , ángulo de desprendimiento, es el comprendido entre la cara de desprendimiento y el plano normal a la superficie de la pieza que está siendo mecanizada. , ángulo de incidencia, es el formado por la cara de incidencia con la superficie que ya ha sido mecanizada. , ángulo de filo o de corte, es el comprendido entre la cara A y Aa. Angulo de deslizamiento, es el identifica el plano sobre el que desliza la viruta deformada.

Para hallar el ángulo de rozamiento, , se aplica la relación geométrica existente entre los ángulos de desprendimiento y de rozamiento y las fuerzas indicadas en el proceso de mecanizado:

(

)

(

)

Una vez determinado el ángulo de rozamiento, se puede calcular el coeficiente de rozamiento, (

)

Para el cálculo del ángulo de deslizamiento es necesario determinar el factor de recalcado = 2.27

Angulo de deslizamiento ( )

Para Calcular la tensión dinámica de deslizamiento,

( √

8.

) (

)

Determinar la fuerza ejercida sobre la herramienta y la potencia necesaria para realizar el corte ortogonal de una aleación de aluminio cuyos parámetros son: Material

Acero

Velocidad de corte

V= 35 m/s

Angulo de desprendimiento Espesor de la viruta no deformada

= 20° h1 = 0,115 mm

Ancho de corte

b = 4 mm

Longitud de la viruta no deformada

l1 = 125 mm

Longitud de la viruta

l2 = 30 mm

coeficiente aparente de rozamiento

= 0.6

Tensión dinámica de deslizamiento

= 310 N/ mm

2

Solución: Para calcular la fuerza total ejercida sobre la herramienta es necesario conocer el valor de la resultante de fuerzas, R, que actúan sobre ella, así como el de las fuerzas en que puede descomponerse y el de los ángulos de las relaciones con ella.

Como además de la fuerza ejercida sobre la herramienta se pide calcular la potencia necesaria para llevar a cabo el corte de las distintas fuerzas en que puede descomponerse la resultante, es interesante saber cuál es la fuerza de corte, , puesto que va a permitir calcular la potencia necesaria con tan solo multiplicar su valor por la velocidad de corte V.

(

) (

) (

) (

)

Sabiendo que:

( ) (

)

(

)

( ) ( (

)

(

)

) (

)

La fuerza ejercida sobre la herramienta: (

)

(

)

Potencia necesaria para realizar el corte ̇

9.

Determinar la fuerza ejercida sobre la herramienta y la potencia necesaria para realizar el corte ortogonal de una aleación cuyos parámetros son: Material

Acero

Velocidad de corte

V= 40 m/s = 25°

Angulo de desprendimiento Espesor de la viruta no deformada

h1 = 0,11 mm

Ancho de corte

b = 4,25 mm

Longitud de la viruta no deformada

l1 = 130 mm

Longitud de la viruta

l2 = 20 mm = 0.6

coeficiente aparente de rozamiento

Repetimos el procedimiento del ejercicio anterior así que:

(

)

(

( )

(

) )

Como en los datos del ejercicio no está el valor de y tampoco nos dan algún valor relevante con el cual podamos hallarlo, suponemos que la aleación es de aluminio y que

( (

̇

(

)

)

) (

(

)

)

BIBLIOGRAFÍA          

KRAR, Steve F. Tecnología de las máquinas herramientas. 6ta edición. Alfaomega. 2010. Groover, Mikel P. Fundamentos de manufactora moderna. Pearson prentice hall.1997. URREGO, Natalia. "Fresado", en slideshare, Mechanical Engineer at industrias Fanec. Abril de 2010. Universidad del país vasco, Euskal Herriko Unibertsitatea. Dpto. de ingeniería mecánica, tecnología mecánica. "Tema 10:Fresado", en Mecanizado por arranque de viruta, en http://www.ehu.es/manufacturing/docencia/723_ca.pdf Aguero, Hugo. "Rugosidad superficial", http://es.scribd.com/doc/24574725/Sesion-12-Rugosidadsuperficial, en http://www.pferd.com/images/WZH_21_202_72dpi_es.pdf http://agora.escoladeltreball.org/Members/jbrufau/2wmsa/m7/apunts-examen-uf1-2/38074430Rugosidad-Superficial-1.pdf http://www.slideshare.net/lovato2011/acabados-superficiales http://www.directindustry.es/prod/sandvik-coromant/fresas-planear-14460-368795.html http://www.sandvik.coromant.com/eses/knowledge/milling/application_overview/shoulder_milling/shoulder_face_milling/pages/default.aspx. SANDVIK ESPAÑOLA S.A., Madrid, Un fresado de precisión reduce costes, en http://www.sandvik.coromant.com/sitecollectiondocuments/downloads/global/brochures/es-es/c-1140532.pdf