Problemas de Mecanizado

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

TALLER MECÁNICO INDUSTRIAL II

TEMA: Ejercicios de mecanizado

CURSO: Tercero “B”

DOCENTE: Ing. Diego Núñez

FECHA: 20/08/2014

TORNEADO PROBLEMA 1 En una operación de cilindrado se tienen los siguientes datos: - Energía específica de corte del material de la pieza, 1500 N/mm2. - Diámetro de la pieza, 100 mm. - Profundidad de pasada, 3 mm. - Velocidad de corte recomendada, 80 m/min. - Radio de punta de la herramienta, 0,4 mm. Se pide: 1. Calcular el avance máximo de modo que se cumplan las siguientes restricciones: - La fuerza de corte máxima, por riesgo de rotura frágil, es de 1500N. - La potencia nominal del torno es de 5 kW y su rendimiento, del 75 %. - La rugosidad media será como máximo de 20 m. 2. Con el avance calculado, determinar: - El tiempo de mecanizado y el caudal de viruta suponiendo que la longitud a cilindrar es de 100 mm y que la distancia de aproximación de la herramienta será de 5mm.

N= 262.52 rpm



Sc =

Sc = Sc= 1 mm2



f=

f= 0.333mm



Vf= f mm *N rpm

Vf= 0.333 * 262.52 Vf= 87.42 mm/min 

t=

t= t= 1.201min 

Q= Vc *ap * f

Q= 80.*3*0.333 Q= 79.92 cm3/min

PROBLEMA 2 Para ciertas operaciones de refrentado en torno, realizadas a velocidad de corte constante, se dispone de los siguientes datos y restricciones: - Gama continúa de velocidades del cabezal, de 0 a 3000 rpm. - Herramienta: Plaquitas rómbicas de lado 24 mm y de radio de punta de 0,8 mm. - Porta plaquitas con ángulo de posición del filo principal de 105°. - Distancia de aproximación de la herramienta: 3 mm (el refrentado se llevará a cabo desde la periferia hacia el centro). - Fuerza de corte máxima por riesgo de vibraciones: 15000 N. - Espesor de corte máximo: 80% del radio de punta de la herramienta. - Anchura de corte máxima: 60% de la longitud del filo. - Energía específica de corte del material a mecanizar: 2000 N/mm - Velocidad de corte recomendada: 90 m/min. Se pide: 1. Calcular los valores máximos de la profundidad de pasada y del avance. 2. Si se desea realizar un refrentado completo De una pieza de 300 mm de diámetro, con una profundidad de pasada de 10 mm, ¿cuál sería el mínimo tiempo de mecanizado? DATOS:

ap=? f=? Vc= cte 90m/min Fc= 15000N (max)

N:0-3000 rpm

Grosor= 80% del radio =0.64mm Anchura=60*24=0.6*24 =14.4mm 2 Ps:2000N/mm b) t(min)=? D=300mm ap=10 mm Solución: f=51.47/95.49 Sc=15000/2000

f=0.539009 mm

Sc=7.5 mm Sc ≤ 7.5 mm c/ap Sc= ap*f f= Sc/ap

ap=6.099/0.539009

f= 7.5/11.14

ap=11.48 mm

f=0.67 f ≤ 0.67

ap=7.5mm2/0.539009 mm ap= 13.91

ap≤ 13.91 b)

Sc= α existe talonamiento tag kr = = D=

=

=

= 1.1 mm

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

]

[

]

Se pide: 1. Calcular la potencia necesaria para llevar a cabo la operación. 2. Calcular el tiempo de mecanizado suponiendo que la distancia de aproximación y salida de la herramienta es de 2mm.

3. Describir el fenómeno de talonamiento, indicando bajo qué circunstancias se produce y las consecuencias que tiene.

SOLUCIÓN

Datos:

Cálculo: a)

* s

* s ó

s

+ +

[ [

[ ]

] [ ]

]

[ ]

[ ] [ ] ó

[ ]

b)

[

] *

+

[

]

c) FENÓMENO DE TALONAMIENTO1 Este fenómeno se da a través del estudio del Rendimiento de una rueda Pelton. Desde el punto de vista del rendimiento la optimización de los parámetros vendría dada por : (1)

í

que, teniendo en cuenta la expresión (1), puede expresarse como: [

( ) ]

s

s

(2)

donde es un parámetro característico de la rueda de Pelton. Es preciso indicar que este rendimiento de la rueda propiamente dicha; el rendimiento global de la turbina difiere un poco de este valor puesto que hay que tener en cuenta también el rendimiento de la tobera. Desde el punto de vista del rendimiento máximo (derivado respeto de cero), el parámetro debe valer

, y el ángulo

e igualando a

debe ser nulo. Sin embargo,

es incompatible con el rendimiento máximo por las razones explicadas anteriormente de aparición de un par de frenado si existe interacción del chorro de salida con la cuchara siguiente ( este fenómeno es conocido también con el nombre de talonamiento). Desde el punto de vista de (desviación a la salida de la velocidad absoluta) el máximo rendimiento se obtiene para . Valores normales del parámetro están comprendidos entre 0.45 y 0.49 (en la práctica suele tomarse 0.46). De la expresión se deduce que las curvas de rendimiento de las turbinas Pelton suelen ser curvas muy planas, es decir, el rendimiento vacía muy poco para los distintos puntos de funcionamiento. Ello se justifica porque según se acaba de ver, el único Factor que influye en le rendimiento es la relación . Manteniéndose u constante por razones de acoplamiento de la turbina con el alternador solo de variación hace que varié el rendimiento. La velocidad absoluta

depende de la altura total en el inyector y del coeficiente de

desagüe o factor de velocidad absoluta : ; este coeficiente se √ mantiene prácticamente constante igual a 0.97, para aberturas del inyector que oscila

entre la máxima posible y un 20% de la misma, cayendo rápidamente para valores a este último. En estos amplios intervalos de aberturas del inyector la velocidad solo depende, por tanto, de H. Como además las turbinas Pelton se instalan en saltos de gran altura y la única variación posible de H es debida al a variación de la perdida de carga en la tubería forzada al variar el caudal, se deduce que la oscilación de es muy pequeña y, por tanto, el rendimiento se mantiene aproximadamente constante.

PROBLEMA 5 Se desea fabricar un lote de piezas de acero templado y espesor 20mm como las que aparecen en la Figura 1. Estas piezas vienen fabricadas por laminación, pero sus requisitos geométricos implican el Mecanizado posterior de ciertas zonas. En este problema se pide únicamente resolver el proceso de Taladrado correspondiente a los 5 agujeros pasantes. Teniendo en cuenta los siguientes datos: La longitud de aproximación =3mm y la de salida =2mm El ángulo de la punta de la broca 118º y el de incidencia =4º Energía específica de corte del material 2700 N/mm2 Potencia nominal de la máquina 3,5kW y rendimiento del 75%

Se pide: 1 Selección de broca y su correspondiente avance por diente empleado para cada agujero para obtener un tiempo de mecanizado mínimo.

2 Tiempo de mecanizado mínimo total para los 5 agujeros. 3 Explica qué es el fenómeno de talonamiento. Indicar, en el caso del agujero de diámetro 10mm, el diámetro a partir del cual aparecería el fenómeno de talonamiento.

Solución: Agujero de diámetro 10mm: Broca helicoidal enteriza 2 con un fz= 0.15 para un rápido proceso

V

𝑁

Sc = fz. (D/2) 𝜋𝐷

Sc = 0,15 (10/2) 𝑁

𝜋 𝑁

𝑚𝑚

Sc= 0,75mm 2 ̂

RPM

𝑎𝑐

𝑓𝑧

w

s

𝑓𝑧

𝑎𝑐

s

𝑓𝑧

𝑎𝑐

Vf = fz. N. Z

𝑡𝑚

L V

Vf = (0,0754mm/z) (2546,48rpm) (2) Vf = 384.009 mm/min

𝑡𝑚 𝑡𝑚

𝑚𝑚 𝑚𝑖𝑛

Agujero de diámetro 16mm: Broca helicoidal enteriza 1 con un fz=0,2 mm/diente para un proceso rápido

V

𝑁

Sc = fz. (D/2) 𝜋𝐷

Sc = 0,2 (16/2) 𝑁

𝜋

𝑚𝑚

𝑁

Sc= 1,6mm 2 ̂

RPM

𝑎𝑐

𝑓𝑧

w

𝑎𝑐 𝑎𝑐

𝑓𝑧

s

s

𝑓𝑧

Vf = fz. N. Z

𝑡𝑚

L V

Vf = (0,09105 mm/z) (1591,549rpm) (2) 𝑡𝑚

Vf = 289,661 mm/min 𝑡𝑚

Tiempo total para el mecanizado de 5 agujeros es = 0.4479 min

𝑚𝑚 𝑚𝑖𝑛

PROBLEMA 4

Cuestión 1 La máquina adecuada para realizar las operaciones definidas en un centro de mecanizado un taladro de CN ( control numérico) también se podría seleccionar Agujero de diámetro 2mm = herramienta 2 en una broca para Φ 2mm z = 2 Agujero de diámetro 10mm = herramienta 6 es una broca para Φ 10mm z = 2 Cuestión 2 Agujero de 2 mm

Como la velocida del husillo máximo es 10000 entonces

Agujero de 10 mm Vc = 140 m/min

Cuestión 3 Agujero de 2 mm

Agujero de 10mm Cuestión 4 el rompe virutas se utiliza para conseguir un flujo y fraccionamiento de la viruta conveniente para que no sea demasiado corto o demasiado largo ayuda también par que el evacua miento de la viruta se rápido ayudando asi también a disipar el calor con ella los paramentos que limita son la profundidad de pasada y el avance

PROBLEMA 6 Se dispone de un centro de mecanizado en el que se va a realizar una serie de piezas como en la que aparece en la figura 1. Las piezas vienen ya fresadas y únicamente se va a realizar en esta máquina 4 agujeros dos de los cuales servirán de agujero previo para un roscado posterior. El centro de mecanizado dispone de una limitación que impide trabajar con fuerzas de empuje superior a los 5000N. Además se dispone del dato de que la fuerza de corte es el doble de la fuerza de empuje. La energía específica de corte del material es de 270

. Se supondrá que el ángulo de punta de todas las brocas es de 118ᵒ.

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

SE ELIGIÓ LA SIGUIENTES BROCAS PARA CADA TALADRADO Tipo de broca

D(mm)

z

Broca helicoidal enteriza Broca de plaquitas

15 mm 21 mm

2 1

0.2 0.4

100 90

N= 2122.065 rpm

10000=2700

Se multiplicara por dos porque son dos agujeros

2 CASO

N= 1364.18 rpm

10000=2700

Se multiplicara por dos porque son dos agujeros

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

Siendo ac el espesor de viruta en mm. El taladrado se llevará a cabo con la Herramienta 1, de acero rápido, que debe utilizarse en este material con una velocidad de corte de 25m/min y con un avance por filo de 0,15mm. Se pide: 1. Obtener la potencia necesaria para realizar la operación, suponiendo un rendimiento de la máquina del 90%. 2. ¿Sería posible realizar esta operación en un Centro de Mecanizado utilizando la herramienta1? ¿Y utilizando la herramienta 2? Razona la respuesta 3. Manteniendo los parámetros de operación citados más arriba ¿Cómo afectaría a la potencia consumida el utilizar una herramienta similar a la 1, pero con 3 filos en vez de 2? 4. Representar el ángulo de desprendimiento y el ángulo de incidencia de la herramienta 1. Sobre esta misma vista representar el vector velocidad de corte. 5. En el contexto de esta operación, ¿para qué utilizarías un escariador?

Datos del problema: í

í

ó

Literal 1 Para calcular la potencia se utilizara la formula

donde es

necesario calcular primero la Espesor de corte (ac) y Anchura de viruta (aw) donde se aplicara las siguientes formulas

Ya encontrado los valores de ac y aw se calculará la sección de corte.

Una vez encontrado los valores de ac, aw y sc se procede a reemplazar en la fórmula de dato de la Energía específica de corte el ac ya encontrado anteriormente.

Para encontrar la potencia es necesario calcular la Fuerza de corte (Fc) donde se aplica la siguiente formula.

Una vez ya encontrado el valor de la Fc se aplicara la fórmula de la Potencia de Corte.

Una vez ya encontrado la potencia de corte el problema plantea que el rendimiento de la maquina es del 90% o 0.9 y este valor se lo dividirá a la potencia de corte.

Literal 2 Si es posible mecanizar en un centro de mecanizado con una herramienta 1 porque sus potencias nominales llegan a 75kW a diferencia de la potencia de 1642W y las velocidades de husillo de las máquinas más usadas tienen límites de 40008000 RPM. Algunas mesas inclinables son capaces de soportar piezas de más de 7000 Kg de peso. Literal 3 A diferencia del literal 1 el número de filos de la herramienta era 2 en este caso z será 3 y reemplazar en la formula con los valores ya encontrados

Una vez ya calculado la nueva potencia con el número de filos que es de 3, se hace una división del valor de Pc con el número de filos de 3, para la Pc del número de filos de 2 y así obtener la diferencia que existe entre estas dos potencias

Una vez obtenido el valor de la diferencia de potencia que hay entre estos dos se puede decir que la potencia que se mecanizo con la broca de tres filos utiliza una potencia 1,5 mayor a la potencia que se utilizó una broca de 2 filos. Literal 4

Literal 5 Un escariador es una herramienta cilíndrica de corte empleada para conseguir agujeros con una precisión elevada, normalmente de tolerancia H7. Y así poder mejorar la calidad geométrica y superficial de dicho agujero con una broca helicoidal.