Unidad 2 Maquinados

Manufactura Manufactura de Materiales Procesos de conformado de metales Duración El estudiante deberá estimada Resolver problemas

14 hrs clase 5 hrs taller

Unidad 2

Principios pedagógicos respaldados  Aprender a aprender

Texto Groover, Groover, Mikell. Fundamentos Moderna.

de

Manufactura

 Aprender a hacer que involucren el cálculo de tiempo de  Aprender a convivir Ed. Pearson Education. México, 1997.  procesamiento de  Aprender a ser y materiales bien ser Matices respaldados Temas Referencias bibliográficas

- Kazanas, H. C.

1. Procesos Procesos de maquinado 2. Proceso Procesoss de deformación 3. Metalur Metalurgia gia de polvos



Procesos básicos de manufactura

Internacionalización

Ed. McGraw Hill. México, 1983 - Doyle, Keyser y Leach.

 Actitud

Emprendedora  Mejora Continua   Vinculación

Procesos de Manufactura y Materiales para Ingenieros

social y Ed. Prentice Hall. México, 1988

profesional

Referencia en red http://materias.fcyt.umss.edu.bo/tecno-II/

- Robert H. Todd, Dell K. Allen, Leo Alting Fundamental Principles of Manufacturing Processes

Industrial Press, 1994

Manufactura Manufactura de Materiales

Unidad 2

El conformado es la acción de modificar, transformar y/o ajustar un objeto o material, para darle la forma y características deseadas. Losa metales son los materiales de mas amplio uso en la actualidad, generalmente se obtienen a partir de minerales que se extraen de las minas los cuales se transforman por medio de procesos metalúrgicos, en formas primarias, tales como: lingotes, barras, planchas, laminas… etc. De esta forma se preparan, para la aplicación que se les desee dar. Estas formas primarias de los metales, son sometidas después a otros procesos de conformado mecánico y/o químico, para darles la forma especifica y las características adecuadas requeridas en la aplicación especifica que se les vaya a dar. En esta unidad nos adentraremos en los procesos básicos de conformado que se listan a continuación 1. Procesos de maquinado, maquinado, procesos procesos de conformado por arranque arranque de material en forma de viruta 2. Procesos de deformación, deformación, proceso proceso de conformado por medio medio de fuerzas, sin arranque de material. 3. Metalurgia Metalurgia de polvos, proceso proceso de conformado por medio de calor calor y adhesivos químicos. En la unidad 3, revisaremos los procesos de conformado por moldeo

Manufactura Manufactura de Materiales

Unidad 2

El conformado es la acción de modificar, transformar y/o ajustar un objeto o material, para darle la forma y características deseadas. Losa metales son los materiales de mas amplio uso en la actualidad, generalmente se obtienen a partir de minerales que se extraen de las minas los cuales se transforman por medio de procesos metalúrgicos, en formas primarias, tales como: lingotes, barras, planchas, laminas… etc. De esta forma se preparan, para la aplicación que se les desee dar. Estas formas primarias de los metales, son sometidas después a otros procesos de conformado mecánico y/o químico, para darles la forma especifica y las características adecuadas requeridas en la aplicación especifica que se les vaya a dar. En esta unidad nos adentraremos en los procesos básicos de conformado que se listan a continuación 1. Procesos de maquinado, maquinado, procesos procesos de conformado por arranque arranque de material en forma de viruta 2. Procesos de deformación, deformación, proceso proceso de conformado por medio medio de fuerzas, sin arranque de material. 3. Metalurgia Metalurgia de polvos, proceso proceso de conformado por medio de calor calor y adhesivos químicos. En la unidad 3, revisaremos los procesos de conformado por moldeo

Los procesos de maquinado pueden subdividirse en las categorías aquí mostradas…

Manufactura Manufactura de Materiales

Manufactura Manufactura de Materiales Procesos de conformado por remoción de material

Por Remoción de viruta

- En un punto - Múltiples puntos -Abrasivo

Remoción Mecánica Remoción por corte

-Torno, Rimado, Cepillado, Roscado -Fresado, Taladrado, Aserrado -Esmerilado, maquinado ultrasónico, maquinado por chorro

-Corte -Corte en prensa

-Cizallado, (slitting) -Punzonado, (Blanking)

-Remarcado

- Recortado, (Piercing)

El Maquinado,  es el proceso de conformado de partes, a través de la

remoción del material no deseado, en forma de viruta, de una pieza de trabajo. • El proceso consiste entonces, en arrancar y remover viruta • La remoción genera calor y por ende durante el proceso se utilizan lubricantes de maquinado que ayudan a sacar el calor generado incrementando la vida útil de las herramientas. • Al 2000, cada año se estima se aplicaban $60 US billones de dólares en operaciones de remoción de metal

Manufactura de Materiales En si el termino maquinado se usa para describir el proceso de formado por remoción de material de una pieza de trabajo, la remoción se realiza en forma tal que el remanente de material en la pieza, quede con la forma, acabado y dimensiones deseadas. Es muy difícil especificar el numero exacto de los diferentes procesos de maquinado que existen y se practican en la actualidad, ello por la gran cantidad de procesos que se han desarrollado, el numero sigue aumentando, por la creciente demanda y el rápido progreso en las ciencias y la tecnología. Los procesos de maquinado, se han subdividido comúnmente en:  Procesos tradicionales  Procesos no Tradicionales Dentro de los Procesos Tradicionales se incluyen los mas antiguos y conocidos, como son: Torneado, Fresado, Cepillado, Esmerilado, Taladrado, Cizallado, Troquelado, Doblado, Punzonado,…  Dentro de los No-Tradicionales se incluyen procesos de remoción térmica como el de electroerosión, (EDM), Procesos de remoción química como el maquinado electroquímico, (ECM), Procesos especiales de remoción mecánica, como lo es el maquinado por flujo abrasivo, (AFM), o el maquinado ultrasónico, (USM). Un proceso de maquinado, debe visualizarse como un sistema integrado por la pieza de trabajo, la herramienta y la maquina …

Manufactura de Materiales

Pieza de trabajo y herramienta de corte se montan adecuadamente en los dispositivos de sujeción y se mueven apropiadamente con la maquina herramienta para, gradualmente remover capas de material de la pieza de trabajo, generando en esta, la forma con las dimensiones y acabado deseados; es muy recomendable el uso de un liquido refrigerante que facilite el maquinado y refrigere y lubrique la herramienta de corte

Manufactura de Materiales Desarrollar por equipos las Presentaciones sobre maquinados que abajo se describen…. Incluir …  Explicación detallada del proceso(s), aplicaciones, alcances, ventajas,

limitaciones, consumo de energía, avances de corte, velocidades de corte, remoción de material por unidad de tiempo, bibliografía) …  usar como referencia para realizar su presentación y revise como se les calificara, la rubrica que esta en blackboard. Equipo Tema 1. Procesos tradicionales, Torno, Fresado, Taladrado, Velocidades de corte, avance y remoción de material / minuto 2. Corte, Cizallado, Punzonado, Remarcado, Corte con gas, (Soplete, Arco, Plasma), (ángulos de corte en cizalla, en punzones) 3. Maquinado por electroerosión, EDM, (velocidades, consumo de energía) 4. Maquinado con rayo de energía, (Laser, Electrones, Iones), (velocidades, consumo de energía) 5. Remoción química, (Inmersión, Aspersión, Electroquímico, Fotoquímico), (alcances) 6. Maquinado por flujo abrasivo, (AFM), maquinado ultrasónico, (USM), (Velocidades, consumo de energía)

Manufactura de Materiales

Unidad 2

Procesos de Maquinado Básicos Torno La parte gira Hoja de la sierra Pieza de trabajo fija Alimentación de la herramienta

Corte con sierra Herramienta Reciprocante

La rueda gira

El cortador gira Alimentar la parte

Esmerilado

La herramienta avanza lateralmente

La parte se alimenta transversalmente

o

Cepillado

Alimentar la parte

Fresado Brocha

Herramienta avanza a presión contra la parte

Pieza de trabajo fija

Brochado

Parte Reciprocante

Planeado La broca avanza contra la parte mientras gira

Pieza de trabajo fija

Barrenado

Manufactura de Materiales Procesos de conformado por maquinado, el TORNEADO

El torno 

Es una máquina-herramienta de accionamiento mecánico que se utiliza para tornear y cortar metal, es una de las más antiguas y posiblemente la más importante de las que se han producido. La herramienta puede moverse paralela o perpendicularmente a la dirección de giro, para obtener piezas con partes cilíndricas o cónicas, o para hacer ranuras o canales. Empleando herramientas especiales un torno puede utilizarse también para obtener superficies planas, como las producidas por una fresadora, o para taladrar orificios en la pieza.

Manufactura de Materiales Tipos de Tornos horizontales

copiadores

verticales

Manufactura de Materiales

De control numérico CNC

Tipos de Tornos

automáticos

revolver

Torno Vertical

Manufactura de Materiales El torno

Partes del torno

Se distinguen 4 áreas principales: bancada, cabezal, carros y contrapunto.

Manufactura de Materiales El torno CABEZAL: Es una estructura en forma de caja, que se fija al extremo de la bancada por medio de tornillos o bridas. En ella se aloja el eje principal, (HUSILLO), que es el que proporciona el movimiento a la pieza. El husillo se hace girar mediante engranajes o poleas o una combinación de éstos. Además, en el interior del cabezal se aloja el mecanismo que permite lograr distintas velocidades, de giro del husillo, estas se seleccionan por medio palancas, desde el frente del torno.

Mordazas

Manufactura de Materiales El torno El cabezal móvil o contrapunto se apoya sobre las guías de la bancada y puede deslizarse manualmente a lo largo de ellas ajustándose a la longitud de la pieza a maquinar, su función primaria es la de servir de apoyo al borde externo de la pieza de trabajo, para rigidizarlas e impedir errores de maquinado; también se puede utilizar para establecer y fijar ejes de referencia dato durante el maquinado.

Manufactura de Materiales El torno

El carro, controla y sujeta la herramienta de corte. Se integra de tres partes principales.

Carro principal.- con este se hacen los movimientos de avance longitudinal sobre las guías del torno, con el husillo de avances define la velocidad de alimentación. Carro transversal.- Se mueve sobre sobre el carro principal de manera transversal, avanzando en la operación de careado, con este se define la profundidad de pasada en el cilindrado. Carro orientable o superior.- su base se apoya sobre una plataforma giratoria que puede orientarse según una escala en grados sexagesimales, se usa para hacer conicidades, o en operaciones especiales como algunas formas de roscado.

Manufactura de Materiales El torno Cuchilla, Buril o herramienta de corte Parte torneada

Eje de revolución Buril o cuchilla

Avance o alimentación del buril

Un buril: tiene 5 caras que se usan para el corte, la imagen abajo las muestra. El buril se afila comúnmente en un esmeril, realizándole los ángulos de corte necesarios. Hacerle radio en la punta, aumenta la vida de la herramienta y mejora el acabado superficial.

Manufactura de Materiales Un buril con un ángulo de incidencia mayor por lo general tiene un menor desgaste. El ángulo de remoción define el ángulo de cizalla para el corte. Un mayor ángulo de incidencia, reduce las fuerzas de corte y extiende la vida de la herramienta, pero demasiado de remoción puede fragilizar el buril. Las figuras muestran la terminología usada en los buriles. Las dimensiones en rojo son críticas. Los materiales más duros tienen ángulos de remoción más pequeños y los más suaves ángulos de ataque mas grandes a excepción de latón y bronce que generalmente aplican ángulo de remoción en cero o negativo para evitar que la herramienta se encaje.

Vista Superior

Vista Lateral Angulo de incidencia lateral

Angulo de incidencia frontal

Vista de frente

Ángulos recomendados para el buril

Incidencia lateral Incidencia frontal Remoción lateral Remoción posterior Aluminio Latón Bronce Hierro fundido Cobre Acero Acero de herramientas Acero inoxidable

19

Manufactura de Materiales Velocidad de corte. •

•

Velocidades muy bajas en el torno ocasionan pérdidas de tiempo; velocidades altas generan un desafilado muy rápido de la herramienta y perdiendo tiempo en volver a afilarla. Por ello es importante, seleccionar una velocidad de corte y velocidad de avance, (o alimentación), adecuadas. Cada fabricante de herramientas genera y proporciona tablas de velocidad de corte y avance, en función del material de la pieza de trabajo y el tipo de herramienta de corte a utilizar. La velocidad de corte para trabajo en un torno se define como la velocidad a la cual un punto en la circunferencia de la pieza de trabajo pasa por la herramienta de corte, esta viene dada por la ecuación: V C  

  DN 

1000

SI 

  V C  

  DN 

12

Ingles

Donde: Vc - Velocidad de corte , [Metros o pies] / minuto. D- Diámetro de la pieza de trabajo, [mm o pulgadas] N- Revoluciones por minuto del husillo

Manufactura de Materiales Material de la pieza de trabajo Fundición de hierro gris Fundición de hierro gris Hierro maleable Hierro maleable Fundición de acero Fundición de acero  Acero C20  Acero C40  Acero C80  Acero Aleado  Acero Aleado  Acero Aleado  Acero Aleado  Acero Aleado  Acero para herramienta  Acero para dados HW  Acero para dados HW  Acero para dados HW  Acero Inoxidable  Aleaciones de Aluminio  Aleaciones de cobre

Dureza Brinell BHN

Velocidades de corte y alimentación en el torneado Buril de material HSS Alimentación Corte

Buril de carburo de W Alimentación Corte

Manufactura de Materiales Ejercicio. Determine las rpm a las que debe girar el husillo del torno, para maquinar una pieza de acero para herramientas, que tiene 3” de diámetro, usando un buril

de acero de alta velocidad. V C  

   DN 

12

 Ingles

De la tabla se obtiene que para un buril de acero de alta velocidad, la velocidad de corte recomendada es 18 m/min esto equivale a: 18x3.28= 59 pies/min  N  

12V C     D



1259  

3

 75 rpm

En el cabezal del torno, se ajusta la transmisión a la velocidad mas cercana a la aquí obtenida.

Manufactura de Materiales Ejercicio. Usando la tabla mostrada abajo, obtenga la velocidad de maquinado, N, para dar acabado a las siguientes piezas, en el torno. Material

Día.

Acero para herramientas

5 cm

Bronce

3”

Aluminio

2”

Torno

Desbastado

rpm

Acabado

Roscado

Material

pies/min

m/min

pies/min

m/min

pies/min

m/min

 Acero de máquina

90

27

100

30

35

11

 Acero de herramienta

70

21

90

27

30

9

Hierro fundido

60

18

80

24

25

8

Bronce

90

27

100

30

25

8

 Aluminio

200

61

300

93

60

18

Manufactura Manufactura de Materiales El avance en el torno. El avance de un torno se define como la distancia que avanza la herramienta herramienta de corte a lo largo de la pieza de trabajo por cada revolución del husillo. Por ejemplo, si el torno está graduado para un avance de 0.008 pulg. (0.20 mm), la herramienta de corte avanzará a lo largo de la pieza de trabajo 0.008 pulg. (0.20 mm) por cada vuelta completa de la pieza. El avance de un torno paralelo depende de la velocidad del tornillo o varilla de avance, controlándose con los engranes de desplazamiento en la transmisión.

La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la velocidad de rotación de la pieza.

va  a N 

Manufactura Manufactura de Materiales Ejemplos de algunos procesos que pueden realizarse en un torno…

Pieza de Trabajo Cilindrado o Torneado

Rebaba o Viruta Buril -careado Mordaza Rebaba Pieza de Trabajo

Maquinado de diámetros internos, (Boring)

Agujero Buril Rebaba

Ranurado o corte

Buril

Tarea. Investigue que otros Alimentación o Avance

Pieza de Trabajo

procesos se pueden hacer en un torno.

Manufactura Manufactura de Materiales La Fresadora…

Máquina-herramienta que se utiliza para hacer maquinados por arranque de viruta a través del movimiento de una herramienta rotativa de varios filos de corte denominada fresa. fresa. La primera máquina de fresar se construyó en 1818, diseñada por el estadounidense Eli Whitney, con el propósito de agilizar la fabricación de fusiles. En las fresadoras tradicionales la pieza se desplaza acercando las zonas a mecanizar a la herramienta, permitiendo hacer diversas formas, (desde superficies planas a otras mas complejas, por ejemplo, engranes, estrellas…).

Fresadora horizontal

Manufactura Manufactura de Materiales

Partes básicas de una Fresadora

Cabezal Mordaza Fresa Prensa Mesa de trabajo o bancada

Columna

Volante Volante de carro transversal

Bancada Carro de Bancada Columna de Bancada

Volante de carro longitudinal Volante de elevación de la Bancada

Base o estructura

Manufactura de Materiales Fresadora Horizontal

Tipos de Fresadoras Fresadora Vertical Cabezal

Árbol Mesa

Columna

Fresa

Husillo Carro de Bancada

Mesa

Bancada Carro de Bancada

Bancada

Columna

El tamaño depende del producto requerido…

Manufactura de Materiales

Tipos de Fresas

Para fresado Horizontal Fresa de disco

Fresa cilíndrica

Fresa circular de insertos

Para el maquinado de superficies planas grandes.

Para fresado Vertical

Fresa frontal de desbaste, para remoción rápida de metal.

Fresa con insertos de filo de corte en la periferia y en los lados de los dientes para maquinar hombros y ranuras.

Fresa de uso común para maquinar ranuras y laterales.

Para maquinar ranuras profundas o para Cortar.

Para el maquinado agujeros.

Fresas frontal

Para el corte pesado.

Manufactura de Materiales Fresado Plano de barras

Fresado de Ranuras

Maquinados que pueden hacerse en la fresadora Maquinado de engranes La fresa tiene la forma de la involuta

Fresado de formas

Fresado Extendido

Movimientos básicos de fresado. 1.- Fresado frontal (planeado) 2.- Fresado en escuadra 3.- Fresado tangencial en oposición/fresado normal. 4.- Fresado tangencial en concordancia. Movimiento de velocidad de corte. Movimiento de avance del corte.

Material del engrane Mandril o flecha

Manufactura de Materiales

Material Material / dureza Fundición de hierro gris Blando Mediano Tabla de velocidades de Duro Aceros corte para el fresado. Bajo Carbono Medio Carbono Alto Carbono Acero para Herramientas Bronce blando Bronces duros Latón Aluminio

Determinación del avance [A], de la bancada de la fresadora

 A   FTn mm / min Donde: A- Avance de la bancada F- Avance por diente de la fresa T- Numero de dientes en la fresa n - rpm

Velocidad de corte fpm Velocidad de corte mpm Acabado Desbaste Acabado Desbaste 100 100 60

100 70 40

30 30 18

30 21 12

120 100 60 50 100 100 100 150

80 60 50 40 100 70 100 150

36 30 18 15 30 30 30 45

24 18 15 12 30 21 30 45

Tipo de Fresa Frontal Cilíndrica Frontal Vertical Circular Cilíndrica De forma, (involuta)

Avance mm/diente

0.15 0.10 0.08 0.08 0.05 0.03

Manufactura de Materiales Juego de poleas para cambio de velocidad Guarda Controles del motor Volante de avance

El Taladro…

Los taladros generalmente se relacionan con la elaboración de barrenos, pero pueden disponerse en función de la versatilidad deseada. Entre los diferentes tipos de taladros hay: taladros portátiles, de banco, de columna, radiales, manuales. Motor

Banda de transmisión

Tope del husillo Regla de profundidad y tope

Mordaza

Taladro portátil Columna

Eje del husillo

Mesa

Taladro de banco

base

Taladro de columna Taladro radial

Berbiquí

Manufactura de Materiales

… El Taladro

Un taladro, llamado también prensa de taladrado, se usa para cortar agujeros ciegos o pasados, en metales, madera u otros materiales. La herramienta del taladro, se denominada broca, esta tiene filos de corte en la punta, se sujeta en la mordaza del taladro, o con un cono Morse y se hace girar y avanzar en la pieza de trabajo a velocidades variables. Los taladros, se pueden utilizar para realizar otras Rimado Barrenado operaciones de maquinado, como son el abocardado, el careado, rimado, hacer cajas, agrandado de agujeros, (boring) y machueleado. Los operadores de taladros deben saber como montar la pieza de trabajo, establecer las velocidades de avance y corte, y proveer el refrigerante para lograr un acabado Boring Hacer cajas aceptable en el producto. El tamaño o capacidad de un taladro se determina por el tamaño de la pieza mas grande de material que puede centrarse en la mesa. Por ejemplo, un taladro de 15 ”,  puede usarse para barrenar una pieza de 30 ” de diámetro. Otra forma de determinar el tamaño del taladro, es por el agujero mas Avellanado Roscado grande que puede hacerse, la distancia entre el husillo y la columna y la distancia vertical entre el husillo y la mesa de trabajo.

Manufactura de Materiales Velocidades de corte recomendadas para taladrar diversos materiales con brocas helicoidales de distintos materiales. Dentro del mismo tipo de material de la pieza de trabajo puede variar la dureza. Se elegirá la velocidad mínima para la máxima dureza. Velocidad de corte recomendada m/min

Material de la pieza de trabajo

Para trabajos individuales Brocas de acero Brocas HSS al carbono Fundición 8-a-12 15-a-20 Fundición dura 6-a-8 10-a-15 Fundición maleable 6-a-12 10-a-15 Acero Dulce 10-a-12 20-a-25 Acero semiduro 8-a-10 15-a-20 Acero duro 6-a-8 12-a-15 Bronce, latón y aluminio 15-a-20 25-a-40 Acero moldeado 6-a-10 10-a-15

Alta producción con buena refrigeración y brocas HSS

30-a-45 20-a-30 25-a-27 25-a-35 20-a-25 15-a-20 60-a-90 10-a-20

Manufactura de Materiales Avances en mm por revolución, para el taladrado, con brocas helicoidales

Material

Broca

Hierro, Acero, fundición maleable Fundición, bronce, latón y aluminio

Diámetro en mm 1-a-5

5-a-10

10-a-15

15-a-25

25-a-40

Acero al carbono

0.05 – 0.1

0.1

0.1

0.15

0.2

HSS

0.05 – 0.1

0.1 – 0.15

Acero al carbono

0.05 – 0.1

0.125

HSS

0.05 – 0.15 0.15 – 0.2

0.15 – 0.2 0.2 – 0.25 0.25 – 0.30 0.175

0.2

0.225

0.2 – 0.25 0.25 – 0.3 0.3 – 0.35

Ejercicio. Si se va a barrenar una pieza de fundición de hierro duro, con una broca de acero rápido, de 3/8 ”. Determine la velocidad requerida en el husillo del taladro. De la tabla de velocidades de corte, para fundición dura en trabajo individual, Vc = 10 mpm

12V c 12(10  3.28) n   334rpm V c  12  d    (0.375)  dn

Usar la velocidad mas aproximada que pueda ajustarse en el taladro

Manufactura de Materiales

PROCESOS DE CORTE…

Los procesos de corte por medio de remoción de material, incluyen, corte con sierra, cepillo, rimado, barrenado, esmerilado, torneado, fresado. El corte con sierra, se utiliza para cortar al tamaño deseado, una pieza de trabajo, a partir de grandes piezas de materia prima, existen varios tipos de sierras: Segueta: Manual, usa un arco, la hoja es recta, se corta con movimiento reciprocante, existen equivalentes mecánicos. Sierra de banda: Hoja recta, con los extremos soldados para formar una banda, de movimiento continuo, corta en una sola dirección. Sierra Circular: Hoja con forma de disco, corta girando continuamente. Cortadora de disco: usa un disco de material cerámico, para cortar metales Sierra de Banda Segueta sierra manual Vertical Guarda de volante

Guarda de la banda

Segueta mecánica

Guarda de volante

Iluminación ajustable Guarda ajustable

Manufactura de Materiales Tensor de banda

Volante

PROCESOS DE CORTE…

Panel de control Brazo guía de hoja Banda

Sierra de disco

Prensa de rápido posicionado

Volante de prensa

Charola de rebaba Mirilla de nivel de refrigerante

Sierra de banda horizontal Cortadora de disco Herramienta de material abrasivo

Manufactura de Materiales

PROCESOS DE CORTE…

Velocidades de corte recomendadas para sierras de banda Material Aleaciones de aluminio Cobre Bronce Latón Aceros al carbón suaves Aceros al carbón semiduro Aceros al carbón duros Acero estructural Aceros aleados suaves Aceros aleados semiduro Aceros aleados duros Aceros Inoxidables suaves Aceros Inoxidables semiduro Aceros Inoxidables duros Fundición suave Fundición semiduro Fundición dura

Fpm 300+ 210-295 150 200 270 230 185 250 200 190 160 150 90 70 225 160 95

Mpm 85+ 65-90 45 60 80 70 55 75 60 60 50 45 25 20 70 50 30

http://www.toolcenter.com/Bi-Metal_Product_Selection_Chart.html

Manufactura de Materiales

PROCESOS DE CORTE…

Otros medios de corte mecánico, son: Cizallado; este se realiza con dos cuchillas que actúan igual que una tijera, las cuchillas están dispuestas formando un ángulo de manera que el corte se realiza iniciando en un extremo y avanza hacia el extremo contrario, conforme se van desplazando las cuchillas. v, F

Cuchilla

v, F

Deformación plástica t = Espesor del material

Dado

(1) v, F

(2) v, F

Penetración

(3)

(4)

Fractura

Cizallas

Manufactura de Materiales

PROCESOS DE CORTE…

Otros medios de corte mecánico, son: Por Troquelado en este proceso se hace uso de una prensa y un molde, los moldes se integran por dos elementos, el superior que generalmente es el molde macho y el inferior, generalmente la hembra, denominado matriz, por medio del troquelado se desarrollan los procesos de Punzonado; este se realiza con una prensa en la cual se monta un dado con punzones y se utiliza para perforar laminas. El recortado, también utiliza prensa y dado, y se utiliza para recortar el perfil de una pieza a utilizar, a partir de una lamina. vF vF Punzón Lamina

Calculo de la fuerza de Troquelado La fuerza de troquelado,(que debe ejercer el punzón, F T, puede estimarse con la ecuación:

 F T   0.57 S ult  t l  k 

Dado

Recorte

Donde:

- Espesor de la lámina - Longitud total que se recorta, (perímetro del orificio) l  Sult - Resistencia última a la tensión del material y… k- Factor de fuerza teórica necesaria debida al empaquetamiento de la lámina recortada, dentro de la matriz. El t 

Manufactura de Materiales

PROCESOS DE CORTE…

El troquelado

Partes de un troquel o dado de troquelado

Tiempo de Maquinado.

Unidad 2

http://nptel.ac.in/courses/Webcourse-contents/IIT%20Kharagpur/Manuf%20Proc%20II/pdf/LM-20.pdf 

Con la información contenida en esta sección se pretende que el estudiante: i. Comprenda la necesidad de evaluar el tiempo de maquinado. ii. Identifique los factores que afectan el tiempo de maquinado. iii. Estime o evalué el tiempo de maquinado para las operaciones de: a) Torneado b) Barrenado y agrandamiento de barrenos c) Cepillado y Planeo. d) Fresado. Los objetivos principales de evaluar el tiempo de maquinado son: • Reducir el tiempo de maquinado total, T • Incrementar la tasa de remoción de material, (MRR), mejorando la

productividad • Reducir el costo de maquinado sin sacrificar la calidad del producto • Incrementar las utilidades.

Todos estos objetivos son común y sustancialmente gobernados por el tiempo total de maquinado por pieza…

Manufactura de Materiales

El tiempo de maquinado se obtiene mediante la siguiente formula: Donde:

Tiempo de maquinado

Tp = Tiempo de maquinado por pieza, [min] T  P   T i Ti = tiempo de paro de la maquina por pieza Tc = Tiempo de corte por pieza TL = Vida útil de la herramienta TCT = Tiempo promedio de cambio de herramienta por pieza

T C   T C   TCT  T  L

Ti y TCT han sido espectacularmente reducidos, con el desarrollo y aplicación de modernos procesos de maquinado y/o automatización. La vida útil de la herramienta, TL se ha mejorado sustancialmente, con los progresos alcanzados en los materiales de las herramientas de corte. Luego, el tiempo de maquinado actual Tc, es el que esta en nuestro ámbito, el controlar, para lograr los objetivos y cubrir las crecientes demandas de producción. Entonces, se requiere determinar el tiempo de maquinado, (Tc), necesario, para producir una pieza, con el propósito de:  Evaluar la productividad  Determinar el costo de maquinado  Medir la componente del costo de mano de obra  Evaluar la capacidad de cualquier maquina herramienta, fluido de corte, o cualquier técnica nueva o especial en términos de ahorro en el tiempo de maquinado.

Manufactura de Materiales

Tiempo de maquinado El tiempo de maquinado T C requerido para una operación en particular, se puede determinar ya sea:  Por estimación  Por medición precisa La medición, proporciona un resultado mas preciso y detallado, sin embargo resulta costosa y tediosa. Aun y cuando una estimación por medio de cálculos sencillos no es muy precisa, su sencillez y economía la hacen practica. D1 Para explicar los factores que gobiernan el tiempo de maquinado, veamos el análisis del tiempo de maquinado de una operación de VC torneado. Una barra redonda de acero, será torneada para reducir su diámetro de D 1 a D2 sobre una longitud L, como se muestra en la figura. El tiempo de maquinado viene dado t va por:

T C  

n P  LC   Nva

Donde, LC = Longitud de corte = L W + A + O A, O = Distancias de aproximación y salida LW = Longitud efectiva de maquinado t = Profundidad de corte, nos permite determinar el numero de pasadas necesario.

O

A

LW

LC N = Velocidad del husillo, rpm va = Velocidad de alimentación, mm/rev. np = Numero de pasadas requeridas. La velocidad del husillo N, se obtiene a partir de la velocidad de corte como sigue…

Ya que la velocidad de corte es:

V C  

   DN 

Tiempo de maquinado

1000

Donde: D = diámetro inicial de la pieza a reducir en mm Así, las rpm a aplicar son:

 N  

1000V C    D

El numero de pasadas requeridas, se determina matemáticamente de: n p 

 Di   D f   2t 

Donde, t  es la profundidad de corte en una pasada. Usualmente, y con el propósito de ahorrar tiempo y material, Siempre se busca adquirir el material con el tamaño mas justo posible. De manera que el numero de pasadas, en general sea de solo una o máximo dos, una para desbaste y una para el acabado. Así, la ecuación del tiempo de maquinado queda gobernada principalmente por la selección de los valores de velocidad de corte V C y de la velocidad de alimentación so. Y esto es así en la todas las operaciones de maquinado, independientemente de la maquina herramienta de que se trate. Combinando las ecuaciones con la del tiempo de maquinado, se obtiene el tiempo de maquinado como sigue:

T C  

  DLC n p

1000V  C va t 

 …Tiempo de maquinado en tornos

La profundidad de corte. [t]; Se define como la diferencia radial entre la superficie maquinada y la no maquinada. La profundidad de corte esta limitada por la potencia de la maquina. t –  Profundidad de corte. [mm]

t  

 D x  Dm

D x  –  Diámetro inicial. [mm] Dm –  Diámetro después de maquinado. [mm] HP –  Potencia de la maquina. [kW] V c –  Velocidad de corte. [mm/min] V a –  Velocidad de alimentación. [mm/rev] F c –  Fuerza del corte. [N/mm2 ]

2

 HP     60000 t   V c va F c

La tabla abajo, proporciona fuerzas de corte especificas en el torno. http://www.mitsubishicarbide.net/contents/mhg/ru/html/product/technical_information/information/formula4.html Material de la pieza de trabajo

Fuerza de corte (Mpa=10^6 N/m^2=1N/mm^2) Resistencia a la tension (MPa) / Dureza 0.1(mm/rev) 0.2(mm/rev) 0.3(mm/rev) 0.4(mm/rev) 0.6(mm/rev)

Acero suave

520

3610

3100

2720

2500

2280

Acero medio

620

3080

2700

2570

2450

2300

Acero duro

720

4050

3600

3250

2950

2640

Acero para herramientas

670

3040

2800

2630

2500

2400

Acero para herramientas

770

3150

2850

2620

2450

2340

Acero al Cromo Manganeso

770

3830

3250

2900

2650

2400

Acero al Cromo Manganeso

630

4510

3900

3240

2900

2630

Acero al Cromo Molibdeno

730

4500

3900

3400

3150

2850

Acero al Cromo Molibdeno

600

3610

3200

2880

2700

2500

Acero al Niquel Cromo Molibdeno

900

3070

2650

2350

2200

1980

Acero al Niquel Cromo Molibdeno

352HB

3310

2900

2580

2400

2200

Fundicion de hierro dura

46HRC

3190

2800

2600

2450

2270

Fundicion de hierro Meehanite

360

2300

1930

1730

1600

1450

La velocidad de arranque de material. [Q] Se define como la cantidad de material que es removido de la pieza por unidad de tiempo, sus unidades son mm 3/min.

Q  V c va t 

Este valor se utiliza para estimar la cantidad de material que se enviara a reciclar

Potencia requerida en la maquina, Para un torno:

Para una fresadora

 HP    HP  

tvaV c F c 60000  thc va F c 60000 

Donde HP –   Potencia requerida en la maquina. [kW] t –  Profundidad de corte. [mm] hc –  Ancho del corte. [mm] V c –  Velocidad de corte. [mm/min] V a –  Velocidad de alimentación. [mm/rev] F c –  Fuerza del corte. [N/mm2 ] η –   Coeficiente de la maquina. [~80%]

Fuerza de corte en el fresado… http://www.mitsubishicarbide.net/contents/mhg/ru/html/product/technical_information/information/formula4.html Material de la pieza de trabajo

Fuerza de corte (Mpa=10^6 N/m^2=1N/mm^2) Resistencia a la tension (MPa) / Dureza 0.1(mm/rev) 0.2(mm/rev) 0.3(mm/rev) 0.4(mm/rev) 0.6(mm/rev)

Acero suave

520

2200

1950

1820

1700

1580

Acero medio

620

1980

1800

1730

1600

1570

Acero duro

720

2520

2200

2040

1850

1740

Acero para herramientas

670

1980

1800

1730

1700

1600

Acero para herramientas

770

2030

1800

1750

1700

1580

Acero al Cromo Manganeso

770

2300

2000

1880

1750

1660

Acero al Cromo Manganeso

630

2750

2300

2060

1800

1780

Acero al Cromo Molibdeno

730

2540

2250

2140

2000

1800

Acero al Cromo Molibdeno

600

2180

2000

1860

1800

1670

Acero al Niquel Cromo Molibdeno

940

2000

1800

1680

1600

1500

Acero al Niquel Cromo Molibdeno

352HB

2100

1900

1760

1700

1530

Fundicion de hierro

520

2800

2500

2320

2200

2040

Fundicion de hierro dura

46HRC

3000

2700

2500

2400

2200

Fundicion de hierro Meehanite

360

2180

2000

1750

1600

1470

Fundicion de hierro gris

200HB

1750

1400

1240

1050

970

Bronce

500

1150

950

800

7000

630

Aleacion de aluminio (Al-Mg)

160

580

480

400

350

320

Aleacion de aluminio (Al-Si)

200

700

600

490

450

390

Tiempo de maquinado Los Factores que deben considerarse al decidir los valores de velocidad de corte, son: 1. Tipo de corte. o Continuo, como el realizado en un torno, rimado o barrenado. Estos se realizan a altas velocidades de corte. o Corte con choques, como se tiene en un cepillo, ranuradora o planeadora, que se realizan a velocidades de corte menores…o o

Corte intermitente, como ocurre en las fresadoras, escariadoras, etc. se realizan a velocidades de corte muy bajas debido a la carga dinámica

2. Material de la pieza de trabajo;  (tipo, resistencia, dureza, resistencia térmica, tenacidad, reactividad química, etc.) Por ejemplo: o Los materiales duros, resistentes, con resistencia al calor y endurecibles en el trabajo, se maquinan a bajas velocidades de corte. o Materiales suaves, no adhesivos y conductores de calor, pueden maquinarse a velocidades de corte relativamente mas altas Piñón cortador Pieza de trabajo Carrera de alivio y movimiento de retroceso

Cepillado de engranes

Tiempo de maquinado 3. Material de la herramienta de corte; (tipo, resistencia, dureza, resistencia al calor y al desgaste, tenacidad, estabilidad química, conductividad térmica etc.); Ejemplos: o Herramientas de acero de alta velocidad HSS, se utilizan por debajo de los 40 m/min en aceros suaves, para el mismo trabajo las herramientas de carburos cementados pueden utilizarse con velocidades de corte de 80 a 300 m/min. o Herramientas cerámicas de alto desempeño y las de CBN, (Nitrato Cubico de Boro, Cubic boron nitride, es un material que es segundo en dureza después del diamante, estas herramientas son muy efectivas para el maquinado de la mayoría de los aceros y fundiciones de hierro, pero también son muy caras). Pueden usarse en el maquinado de aceros de diferentes durezas y resistencia a muy altas velocidades. o las herramientas de diamante se pueden usar en el maquinado de diversos materiales, (a excepción de aquellos a base de hierro), a velocidades por encima de los 500 m/min. 4. Selección y Aplicación de fluido de corte; o Una apropiada selección y aplicación de fluido de corte puede permitir un incremento en la velocidad de corte de entre un 20% y un 50%, con lo cual se reduce el tiempo de maquinado.

Tiempo de maquinado 5. Propósito del maquinado; por ejemplo o Maquinado de desbaste, con una gran tasa de remoción de material, que usualmente se realiza a una velocidad de corte relativamente baja o moderada. o Maquinado de acabado, con poca alimentación y baja profundidad de corte usualmente realizado a alta velocidad. 6. Tipo de operación de maquinado; o A diferencia del torneado, las operaciones como lo son el roscado, rimado, etc, se hacen a mucho menores velocidades de corte, (20% a 50% menores), para obtener la calidad de acabado deseada. 7. Capacidad de la maquina herramienta o Una maquina herramienta, potente, fuerte, rígida y estable, permite velocidades de corte mucho mas altas, si se le requiere y es permisible. 8. Condición de la maquina herramienta o La velocidad de corte se mantiene mas baja de su valor normal estipulado, para  juego de material de trabajo-herramienta, si la maquina herramienta es mu vieja y/o tiene limitaciones debidas al desgaste, fracturas, juego, desalineación, inestabilidad, etc.  Alimentación Velocidad de corte Rpm Profundidad de corte

Tiempo de maquinado Los factores que se consideran durante la selección del valor de la alimentación, so son: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Material de trabajo (tipo, resistencia, dureza, etc.) Capacidad de la maquina herramienta, (potencia, rigidez, etc.) Herramienta de corte; material, geometría y configuración. Aplicación de Fluido de corte Acabado superficial deseado Tipo de operación, por ejemplo operaciones de roscado, necesitan grandes alimentaciones conforme al paso de la rosca. 7. Naturaleza del corte; continua, con choque inicial, intermitente. La alimentación eleva las fuerzas de corte de manera proporcional se mantiene baja en cortes de tipo intermitente y con choque inicial. Además del volumen de material a remover, los valores permisibles de velocidad de corte, alimentación, profundidad de corte y uso de fluido de corte, aun se tienen otros factores que también afectan el tiempo de maquinado. Estos incluyen: o La relación de retorno rápido en operaciones como cepillado, ranurado, planeado, cepillado de engranes, etc. o maquinados de piezas de tamaños asimétricos, con formas irregulares, y superficie dura como las fundiciones grandes, son esencialmente maquinadas a velocidades corte mucho menores. o Algunas técnicas especiales, como maquinado en caliente, y el crio maquinado, permiten valores de velocidad de corte y alimentación mas rápidos en algunos materiales.

Tiempo de maquinado Estimación del tiempo de maquinado en tornos. Para aplicar la ecuación que permite determinar el tiempo de maquinado para una sola pasada, en tornos, se siguen los siguientes pasos: • Determinar la longitud de corte, seleccionando las magnitudes apropiadas para la

aproximación y salida del maquinado, si es que se requieren, por ejemplo: A= 2 ~ 5 mm y salida, O = 1 ~ 3 mm, • Seleccionar los valores aproximados de V C y v a , en base a los materiales de herramienta y pieza de trabajo, y considerando los otros factores que se han mencionado, [la profundidad de corte, se establece basándose en las capacidad de maquinado disponible y el diámetro final deseado]. • Determine la velocidad del husillo, N usando su ecuación y luego fije N y v a, con las listas que se proporcionan en el cabezal del torno • Finalmente determine TC. Ejemplo: Considere que se tienen los siguientes valores, D = 100 mm, L w = 200 mm, A = O = 5 mm, VC = 120 m/min and v a=0.2 mm/rev … LC = LW + A + O = 200 +5+5 = 210 mm

T C  





 DLC     100 210   2.748 min 1000V C va 1000 120 0.2   





Tiempos de maquinado para el careado, ranurado, conicidades, roscado, ranurado, etc., en tornos, puede estimarse siguiendo el mismo método. Teniendo cuidado de

Tiempo de maquinado Estimación del tiempo de maquinado, en el barrenado y maquinado de diámetros internos. En estos casos el principio y procedimiento de estimación del tiempo de maquinado es prácticamente el mismo que el aplicado en la operación de torneado. La figura muestra el maquinado de un agujero por barrenado y por torneado. Para estimar el tiempo de maquinado en el barrenado, se usa la siguiente formula:

 LC  T C    Nva

Donde: LC = LW + A + O + C A, O = distancias de aproximación y salida C  

 D cot    2

D = diámetro del agujero ρ = ½ del ángulo de la punta de la broca

N = velocidad del husillo v a = velocidad de alimentación Luego, el tiempo de maquinado para el barrenado, insertando las formulas de cada variable, será: Para el maquinado de diámetros internos,





 D  Lw   A  O  C  T C   1000V C va   

se usa la misma ecuación, sin incluir C, y en agujeros ciegos, se excluye O.

Tiempo de maquinado Ejemplo Si para el barrenado de un agujero, se tienen los siguientes valores: D = 25 mm VC = 44 m/min ρ = 60 o L = 60 mm

v a = 0.25 mm/rev

A = O = 2 mm

Determine el tiempo de maquinado: Luego usando la formula para barrenado y substituyendo los valores dados tenemos:

T C 



    D

 L

W  

  A  O  C 

1000V  C va

25     cot 60      25 60  2  2  2      0.508 min 

 

1000 44 (0.25)

El tiempo de maquinado es de: 0.508 x 60 = 30.5 segundos

Tiempo de maquinado Ejercicios. 1. Cuanto tiempo de maquinado será requerido para reducir el diámetro de una barra de fundición de hierro de 120 mm a 116 mm sobre una longitud de 100 mm usando un torno, con una herramienta que tiene insertos de carburo. Para herramientas de insertos de carburo, en hierro fundido, se toman: V C = 100 m/min y v a = 0.2 mm/rev.

T C  

  DLC n p

1000V  C va t 

2. Determine el tiempo requerido para barrenar un agujero ciego de 25 mm de diámetro y profundidad de 40 mm sobre una barra de acero suave con una broca de acero de alta velocidad HSS que tiene un ángulo de cono de 118 0. considere para el acero suave y la broca HSS que: VC = 25 m/min y v a = 0.16 mm/rev.

T C  





 D  LW    A  O  C  1000V C va

  

Tiempo de maquinado

Tiempo de Maquinado en el cepillado y planeado. El tiempo de maquinado en el cepillado puede estimarse usando la figura siguiente la cual muestra la longitud que viaja la herramienta a través de la pieza para remover una capa material de la parte superior de la pieza de trabajo en una maquina de cepillado El tiempo de maquinado en el cepillado se puede estimar con la formula

T C   Vista superior

 L'C   N  s va

Donde: LC = Ancho total de viaje de la parte = L’W + A’ + O’

Vista frontal

L’W = Ancho de la parte A’, O’ = longitudes de Aproximación y Salida v a = Alimentación, mm/carrera

Ns = numero de carreras por minuto: como

 N  s V C    LC  1  Q  m / min 1000



Donde:

VC = velocidad de corte, m/min LC = longitud de la carrera, mm = L w + A’ + O’ Lw = Longitud de la pieza de trabajo A, O= longitudes de aproximación y salida… y

Q = relación de retorno rápido



Entonces Ns es:

 N  s 

1000V C  rpm  LC  1  Q 

Tiempo de maquinado Ejemplo: Se tiene una barra de acero, de longitud: L m = 100 mm, ancho W = 60 mm y se desea cepillar una capa de la misma, aplicando distancias de aproximación y salida de la carrera A = O = 5, y distancias de aproximación y salida sobre el ancho de la parte de: A’ = O’ = 2 mm. El cepillo tiene una relación de retorno rápido: Q = 2/3 , y por los materiales de herramienta y pieza de trabajo, se aplicaran una velocidad de corte de V C = 40 m/min y de alimentación de v a = 0.2 mm/carrera; determine el tiempo de maquinado para rebajar la capa de la parte.

 LC    Lm   A  O  100  5  5  110

 

1000V C  1000 40   218 rpm  200rpm  N  s  2  LC  1  Q   1101   3 

 LW  60  2  2 T C     1.6 min  N  s va 200 0.2

 

Los tiempos de maquinado de la operación de planeado, se determinan de la misma forma, lo único que los diferencia es que en el cepillado la carrera de corte se imparte a la herramienta y velocidad de alimentación a la pieza a trabajar, justo lo opuesto a lo que se hace en la maquina de planeado. Pero tanto planeado como cepillado son maquinados de tipo reciprocante, con la maquina de planeado es posible tener mayores velocidades de corte

Tiempo de maquinado en operaciones de fresado

Tiempo de maquinado

Existen diferentes tipos de operaciones de fresado, que se realizan con diferentes tipos de cortadores, (o fresas).  Fresado de planos, con la fresa montada en el mandril, (flecha horizontal).  Fresado frontal, con fresas pequeñas pero robustas, montadas en husillo a través de una mordaza de boquilla, (collet).  Fresado lateral, usando cortadores grandes, montados directamente en el husillo La figura muestra el maquinado plano de una fresadora e indica como se va a determinar el tiempo de maquinado De la figura puede observarse que el tiempo de maquinado, TC para fresar una superficie plana, puede determinarse por:  LC  Cuando el ancho de la pieza es T C    sm menor que la longitud del cortador. Donde, LC = Longitud total de viaje de la parte, mm = Lw + A + O + Dc/2 Lw = longitud de la pieza de trabajo, mm A, O = distancias de aproximación y salida (5-10 mm) DC = Diámetro del cortador, mm Sm = Alimentación de la mesa, mm/min= Sm = v aZCN Aquí, v a = Alimentación por diente, mm/diente ZC= numero de dientes del cortador N = Velocidad del cortador, rpm. En base a V C , es …

 N  

1000V C 

 DC 

  

Tiempo de maquinado Para el fresado, V C y v a , pueden seleccionarse del mismo modo que se hace para el torneado, pero siendo un proceso de corte intermitente, V C , deberá reducirse desde un 20% hasta un 40%, del recomendado para el proceso continuo de torneado. v a, debe ser razonablemente bajo, recomendándose entre 0.10 a 0.5 mm, dependiendo del material de la herramienta, del material de la pieza de trabajo y del acabado deseado.

Ejemplo: Determine el tiempo de maquinado T C , para el fresado plano de una superficie rectangular de 100 mm de longitud y ancho de 50 mm usando una fresa de acero rápido HSS de 60 mm de diámetro, longitud de 75 mm y con 6 dientes. Asuma A = O = 5 mm, V C = 40 m/min y v a = 0.1 mm/diente

T C    N  

 LC   sm



1000V C 

 DC 

  

T C  

 LW    A  O 



 DC 

2

va Z C  N 

   212.2  200rpm   60

1000 40

100  5  5  60



0.1 6 200

2  1.167 min

Tiempo de maquinado Ejercicios. Se desea maquinar una superficie plana en un bloque de acero semi-suave, las dimensiones del área a maquinar son: 100 mm de longitud x 60 mm de ancho, se maquinara en un cepillo con su superficie terminada en una sola pasada. Cuanto tiempo de maquinado será requerido si: N s = 80 rpm, v a = 0.2 mm/carrera, A = O = 5 mm, y se tiene una relación de retorno rápido de Q = 0.5. Respuesta: 4.4 min

Estime el tiempo de maquinado que será requerido para terminar una superficie plana vertical de 100 mm de longitud x 20 mm de profundidad usando un cortador de 8 dientes de acero de alta velocidad de 32 mm de diámetro y 60 mm de largo. Asuma, VC = 30 m/min, v a = 0.12 mm/diente.

Respuesta: 0.4 min

Tiempo de maquinado

Formulario: Torno

n P  LW    A  O  T C    Nva

 N  

1000V C    D

n P  

 D1   D 2 2t 

Barrenado

T C  

 LC   Nva

C  

1000V C   N  s  rpm  LC  1  Q 

 LC    Lm   A  O

S m  va Z c N 

 N  

Cepillado

 LW  T C    N  s va

 D cot    2

 LC    Lw   A  O  C 

 LW   W    A'  O '

Fresado

T C  

 LC   sm

1000V C 

 DC 

  

Recuerde que para las formulas se aplica el sentido común, es decir puede deducirlas a partir de los dibujos de la operación de maquinado. En la selección de las velocidades de corte se requiere Saber cual es el material de la herramienta y cual el de la parte a maquinar. A continuación se anexan copias de tablas de maquinado. Podrán observar que los valores en general no coinciden, cada fabricante desarrolla sus propias tablas, en un caso en particular se deberá de contactar al fabricante de la herramienta, para que el

Manufactura de Materiales Velocidades de corte para distintas operaciones usando herramientas HSS Careado, Torneado, Rectificado Material

Desbaste

Acabado

Roscado

pies/min

m/min

pies/min

m/min

pies/min

m/min

Acero de máquina

90

27

100

30

35

11

Acero de herramienta

70

21

90

27

30

9

Hierro fundido

60

18

80

24

25

8

Bronce

90

27

100

30

25

8

200

61

300

93

60

18

Aluminio

Manufactura de Materiales Velocidades de Avance recomendadas para diversos materiales, usando herramientas de ALTA VELOCIDAD, (HSS) Desbastado

Material

Acabado

Pulgadas

Milímetros

Pulgadas

Milímetros

Acero de máquina

0.010 - 0.020

0.25 - 0.50

0.003 - 0.010

0.07 - 0.25

Acero de herramientas

0.010 - 0.020

0.25 - 0.50

0.003 - 0.010

0.07 - 0.25

Hierro fundido

0.015 - 0.025

0.40 - 0.065

0.005 - 0.12

0.13 - 0.30

Bronce

0.015 - 0.025

0.40 - 0.65

0.003 - 0.010

0.07 - 0.25

Aluminio

0.015 - 0.030

0.40 - 0.75

0.005 - 0.010

0.13 - 0.25

Manufactura de Materiales Valores promedio recomendados en Metros por Minuto, de velocidades de corte recomendadas, para la operación de fresado

Manufactura de Materiales Procesos de conformado por deformación. Introducción al conformado de metales. Los metales deben ser conformados en el área de comportamiento plástico se requiere superar el límite de fluencia del material, para que la deformación sea permanente. Por lo cual, el material es sometido a esfuerzos superiores a su límite elástico, al aplicar la deformación, el límite se eleva, reduciendo así la ductilidad. La figura, ilustra este proceso. En el conformado de metales se consideran propiedades, tales Carga Máxima como, un bajo límite de fluencia Sult Fractura y alta ductilidad; estas cambian con la temperatura; Si la temperatura aumenta, el límite Región plástica de fluencia disminuye pero la    oS    z yp Limite de fluencia    r ductilidad aumenta.    e    u     f Existen varios procesos de    s    E manufactura en los que la Región Elástica herramienta, generalmente un dado de conformado, ejerce esfuerzos sobre la pieza de trabajo que les obliga a tomar la ε Deformación forma de la geometría del dado.

Manufactura de Materiales El conformado de metales, puede realizarse en frio o en caliente. Trabajo en frío Se trabaja a temperatura ambiente o menor. Las principales ventajas del trabajo en frío son: mejor precisión, tolerancias mas cerradas, mejores acabados superficiales, posibilidades de obtener propiedades de dirección deseadas en el producto final y mayor dureza de las partes. Sin embargo, el trabajo en frío requiere de fuerzas mayores porque los metales aumentan su resistencia debido al endurecimiento por deformación; la reducción de la ductilidad y el aumento de la resistencia a la tensión limitan la cantidad de operaciones de formado que puedan realizarse. Trabajo en caliente Es la deformación plástica de un metal a temperatura mayor a la de re cristalización, alcanzándose una deformación plástica casi ilimitada, permitiendo moldear partes grandes, aplicando menores fuerzas para deformar el material y trabajar con metales que se fracturan cuando se trabajan en frío, no se presenta el endurecimiento de la parte que se tiene en los procesos de trabajo en frio. Pero el acabado superficial es mas rugoso y las tolerancias son mas abiertas en relación con el trabajo en frío, siendo más difícil controlar la exactitud dimensional por la combinación de deformación elástica y contracción térmica, por ello, en el diseño de las piezas debe considerarse una dimensión mayor al iniciar cualquier operación. En la práctica, el trabajo en caliente se hace a temperaturas ligeramente mayores a 0.5T m (Tm= temperatura de fusión). El proceso de deformación en si sí mismo, genera calor que incrementa las temperaturas de trabajo en áreas localizadas de las partes, lo que puede causar fusión indeseable.

Manufactura de Materiales En general, las operaciones de formado se realizan sobre material en forma de lamina, la cual se adquiere en forma de hojas o rollos, estas operaciones de formado se realizan a temperatura ambiente con sistemas de punzones y dados. Entre ellas se tienen: el Doblado y el embutido. Doblado El doblado de metales es la deformación de láminas a un determinado ángulo. Los ángulos pueden clasificarse como abiertos (mayores a 90º ), cerrados (menores a 90°) o rectos. En la operación, las fibras en el doblez externo del material se someten a tensión, mientras las fibras en el doblez interno se hallan a compresión. El doblado no produce cambios significativos en el espesor de la lámina. Hay diferentes formas de doblado, las más comunes son: El doblado entre dos dados y El doblado deslizante. Doblado entre formas: En este tipo de v, F v, F doblado, la lámina es deformada entre un punzón con forma de V u otra Punzón forma y un dado. Con este punzón pueden hacerse desde ángulos muy Lamina obtusos hasta ángulos muy agudos. La operación se aplica generalmente para bajos volúmenes de producción Matriz

Doblado entre formas

Manufactura de Materiales Doblado Deslizante: En el doblado deslizante, una placa presiona la lámina contra la matriz o dado mientras el punzón le ejerce una fuerza que la dobla alrededor del borde del dado. Este tipo de doblado está limitado para ángulos de 90°. Cuando se remueve la fuerza de doblado, la lámina intenta regresar a su forma anterior debido a una propiedad elástica de los metales conocida como memoria, o recuperación. Los punzones se diferencian por las siguientes características: radio y ángulo de doblado. El ángulo de doblado se mide entre las dos caras que forman la arista del punzón alrededor del cual se doblan las láminas y el radio de doblado determina el chaflán de dichas aristas. Las Figura muestran dos dados y tres punzones.

Fh, v

F, v

Fh, v Punzón

Dado Doblado Deslizante

F, v

Manufactura de Materiales Cálculo de la fuerza para doblado de láminas: La fuerza de doblado esta en función de la resistencia ultima del material, [S ult], la longitud del doblez [ l ], el espesor [t] de la lámina, y [W] ancho del doblez. Para un dado en V, se estima la fuerza máxima de doblado, F D , con la siguiente ecuación:

 F  D  k b

lt 2 S ult   D

Donde: Sult = Esfuerzo último de tensión del material, [psi] – o–  [Pa]  = Longitud del doblez, [ pul ] – o–  [mm] l  t  = Espesor de la lamina, [ pul ] – o–  [mm] W = Ancho del doblez, [ pul ] – o–   [mm]

t

D

l

Kb = es una constante que considera las diferencias para un proceso de doblado real, su valor depende del tipo de doblado, así : Kb = 1.33 para doblados en V Kb = 0.33 para doblado de bordes.

Ejercicio de fuerzas de doblado…

Se desea doblar una parte de lámina de metal como se muestra en la figura. El modulo de elasticidad del material es E = 205 GPa, resistencia a fluencia Y = 275 MPa y resistencia a la tensión TS = 448 MPa. Determine: a) El la longitud teórica inicial de la pieza y b) La fuerza de doblado, si se usa un dado en V con una abertura D = 25 mm. Formulas: Angulo de doblado = α

 L  l a  l b  l r  l r  

 

360

 D  



    r 

180

lt 2 S ult   F  D  k b  D

r = radio al eje neutro = 5 + t/2 = 6.5

l r  

 

360

 d  

  2 r 

360



   60  6.5

180

 6. 8

 L  l a  l b  l r   38  25  6.8  69.8mm lt 2 S ult  44  32  448  1.33  9438 N   F  D  k b    D 25

Conformado por Embutido El embutido consiste en colocar una lámina de metal sobre un dado y luego presionarla contra una cavidad con ayuda de un punzón con la forma en la que quedará conformada la lámina. Un ejemplo de embutido es la fabricación de una copa de metal, para ello, una lamina de diámetro Db es embutida en un dado por un punzón de diámetro Dp. Los radios en las esquinas del dado y el punzón son Rp y Rd. El punzón ejerce una fuerza F hacia abajo para deformar el metal; además, una fuerza Fh es aplicada sobre la lamina por una placa de sujeción, para estabilizar el flujo de la lámina dentro de la matriz. El punzón baja hasta que la lámina ha quedado en la luz entre punzón y matriz, el resultado es una pieza fabricada en forma de cilindro de diámetro Dp. Punzón

Matriz Pieza lograda Lamina a formar

Matriz Embutido

Matriz

Dp Rp

Matriz o dado Rd

Db

Punzón

Placa de sujeción

Procesos de conformación volumétrica. Los procesos de conformado de bloques generan cambios drásticos en las formas de los materiales. Generalmente la forma inicial de las piezas para operaciones de deformación como laminado, forjado, extrusión y estirado (trefilado), son: barras rectangulares o cilíndricas. Los procesos de deformación de bloques se hacen en frío o en caliente. - El trabajo en frío se realiza cuando hay necesidad de mejorar las propiedades mecánicas o alcanzar un buen acabado superficial. - El trabajo en caliente se aplica cuando se involucra la deformación volumétrica de grandes piezas de trabajo. Presión

eo

Metal

ef

El Laminado El laminado es un proceso en el que se reduce el espesor de una pieza grande aplicando fuerzas de compresión por medio de un juego de rodillos, que giran presionando y jalando la pieza entre ellos. El resultado del laminado puede ser la pieza terminada (por ejemplo, el papel aluminio utilizado para la envoltura de alimentos y cigarrillos), y en otras, es la materia prima para procesos posteriores como pueden ser el troquelado, el doblado y el embutido.

Laminado en caliente

Colada continua

Molde

Rodillos guía

Generalmente el laminado se hace en caliente como muestra la figura, este proceso comienza con una colada continua, donde se recalienta el acero para luego hacerlo pasar por una serie de rodillos que conforman el material para laminarlo. Finalmente la lámina se almacena en rollos.

Conformado por Forja El forjado fue el primero de los procesos de compresión indirecta y es probablemente el método más antiguo de formado de metales. Involucra la aplicación de esfuerzos de compresión que exceden la resistencia de fluencia del metal. En el forjado se comprime el material entre dos dados, para que tome la forma deseada. Existen tres tipos de operación de forjado: a. Forjado a dado abierto , en el que el material se comprime entre dos planos, permitiendo que el material fluya sin restricción es sus caras laterales. b. Forjado en dado impresor, el dado de comprensión ejerce fuerza sobre la superficie de material, haciendo que esta tome la forma del dado. A pesar del aumento a. Forjado a dado de restricción en el metal, este fluye más allá del dado abierto impresor causando rebaba. el dado restringe el material en la cavidad y no se produce rebaba excedente

c. Forjado sin rebaba,

b. Forjado en dado impresor

c. Forjado sin rebaba

Conformado por Extrusión La extrusión es un proceso de compresión en el cual el metal de trabajo se forza a fluir a través de la abertura de un dado para darle forma a su sección transversal. Ejemplos de este proceso son secciones huecas, como tubos, y diversas formas en la sección transversal. El tipo de extrusión a aplicar, depende de la geometría y el material a procesar. Existe el proceso de extrusión directa, la extrusión indirecta, y para ambos casos la extrusión en caliente para metales. En la extrusión directa, se deposita en un recipiente un lingote en bruto al que se denomina tocho, que se comprime con un pistón, como lo muestra la Figura. Al comprimirse, el material se forza a fluir por el otro extremo adoptando la forma que tenga el dado.

Producto final

Dado

Tocho

La extrusión indirecta o inversa, consiste en un dado impresor que se monta directamente sobre el émbolo. La presión ejercida por el émbolo se aplica en sentido contrario al flujo del material. El tocho se coloca en el fondo del dado contenedor. Dado

Pistón

En la extrusión indirecta, el tocho no se mueve a través del recipiente, por lo que no hay fricción entre este y las paredes y la fuerza del pistón es menor que en la extrusión directa. Ello se muestra en la Figura

tope

 2 L   p  Y  f     x    D  

Cálculo de la fuerza de extrusión: La fórmula para calcular la presión del émbolo es la siguiente:

 

0

La presión del émbolo en la extrusión depende de la resistencia promedio a la fluencia durante la deformación Y  f  ; de la deformación real de extrusión ε x  y la fuerza debida a la fricción en la interface contenedor-tocho. L es la porción de la longitud remanente del tocho durante el proceso y D0 es el diámetro original del tocho. La deformación real de extrusión se obtiene por: ε x  = a + b ln r  x ; donde rx es la relación de extrusion, a y b son constantes empíricas para el ángulo del dado, valores típicos de las constantes son a = 0.8 y b = 1.2 a 1.5. a y b tienden a aumentar si se incrementa el ángulo del dado. Angulo del dado

Pistón

Material extruido

Fuerza

Tocho Dado

Y  f   

k  

n

1 n

 

r  x

 ln r  x 

 Ao  A f  

Yf  – Esfuerzo de fluencia promedio k  – Resistencia a fluencia del material n – coeficiente de endurecimiento por deformación ε – Deformación ideal rx – Relación de extrusión Ao – Área de la sección transversal del tocho A  Área de la sección transversal de la extrusión

Ejercicio….  Sobre extrusión Un tocho de 76 mm de largo y 25 mm de diámetro, (Do), se extruye en una operación de extrusión directa con una relación de extrusión r x = 4.0. El ángulo del dado = 90º. El metal de trabajo tiene una resistencia a la fluencia = 414 Mpa y coeficiente de endurecimiento por deformación = 0.18. Tome a = 0.8 y b = 1.5 para el esfuerzo de extrusión. Determine la presión aplicada al extremo del tocho cuando el pistón se mueve hacia adelante. Solución: Se calculara la presión del pisón a las longitudes de tocho de 76 mm, (valor inicial), 25 mm y L = 0…. Luego calculando la deformación real ideal, la deformación real de extrusión y el

esfuerzo de fluencia promedio, se tiene:  

 ln r x  ln 4  1.386

k   n  Y  f    1 n

 

 x

 a  b ln r x  0.8  1.5 ln 4  2.879

414  10 1.386 6

1  0.18

0.18

 372 Mpa

Para L = 76 mm con un ángulo en el dado de 90º, se asume que el tocho será forzado a través de la abertura del dado casi inmediatamente; luego en el cálculo se asume que la presión máxima se alcanza a la longitud del tocho de 76 mm. Luego La longitud L=0 es hipotética en extrusión  2 L  276   directa. Ya que es imposible comprimir 6  p  Y  f     x  372 10 2 . 879 3 . 33 Gpa       todo el metal a través de la abertura del 25     D0  225    1.81Gpa  25   20   p  372106 2 879    1 07Gpa

 p  372106 2.879 

dado. En su lugar, una porción del tocho (el tope), permanece sin extruir y la presión aumenta rápidamente conforme L se aproxima a cero. El cálculo para L=0 es el valor mínimo hipotético de la

Pulvimetalurgia. (Metalurgia de Polvos) Entre las diversas tecnologías para trabajar el metal, la Pulvimetalurgia es el más variada. El mayor atractivo de la Pulvimetalurgia, es la habilidad de fabricar piezas de formas complejas con excelentes tolerancias y de alta calidad a un costo relativamente bajo. La Pulvimetalurgia, es la técnica de conformado de materiales que se basa en la producción de componentes metálicos, cerámicos o compuestos a partir de polvos a través de un proceso denominado sinterización. Es un proceso es adecuado para la producción de grandes lotes de piezas pequeñas de gran precisión, con materiales o mezclas poco comunes, controlando el grado de porosidad o permeabilidad. Entre los productos típicos de la pulvimetalurgia, se tienen: rodamientos, árboles de levas, herramientas de corte, segmentos de pistones, guías de válvulas, filtros, etc.…

Pulvimetalurgia. (Metalurgia de Polvos) Antecedentes. Los primeros usos de polvos metálicos se han rastreado por varios lugares. Por ejemplo, polvos de oro fueron fusionados sobre joyas por los Incas, los Egipcios usaron polvos de acero en el año 3000 AC. Otro ejemplo de uso temprano es la Columna de Delhi en la India la que data al año 300 DC. Esta columna fue hecha de 6.5 toneladas de polvo de acero, durante el siglo 19 el uso de técnicas de Pulvimetalurgia, se desarrollaron con mayor profundidad. La necesidad de aparatos de platino de laboratorio llevaron al desarrollo de precipitación química de polvos y nuevas rutas de consolidación sin el uso de altas temperaturas. Tales actividades ocurrieron en Rusia e Inglaterra donde polvos precipitados fueron trabajados en caliente para superar la incapacidad de obtener las altas temperaturas para recubrir platino. la Pulvimetalurgia usa polvos metálicos con ciertas características de tamaño, forma y empaquetamiento para crear figuras de alta dureza y precisión. Los pasos claves incluyen la compactación del polvo y la subsiguiente unión térmica de las partículas por medio de la sinterización. El proceso utiliza operaciones automatizadas con un bajo consumo de energía, bajo desperdicio, y bajos costos de capital.

Pulvimetalurgia. (Metalurgia de Polvos) Fases del proceso

Fases del proceso Obtención de los polvos. Generalmente se hace de metales puros, principalmente hierro, cobre, estaño, aluminio, níquel y titanio, aleaciones como latones, bronces, aceros y aceros inoxidables o polvos pre-aleados. Procesos típicos son: Atomización en estado líquido. El metal fundido se vierte a través de un embudo refractario en una cámara de atomización, haciéndole pasar a través de chorros de agua atomizada. Atomización con electrodo. (electrólisis) Se colocan barras o láminas como ánodos en un tanque que contiene un electrolito. Se aplica corriente y tras 48 horas se obtiene en los cátodos un depósito de polvo de aproximadamente 2mm. Se retiran los cátodos y se rascan los polvos electrolíticos. Reducción de óxidos metálicos.  Se reducen los óxidos metálicos a polvos metálicos poniéndolos en contacto con el gas reductor a una temperatura inferior a la de fusión. Pulverización mecánica. Útil en metales frágiles. Se muele el metal o se lima y se lleva a través de un gas, separándose el metal del gas en una corriente turbulenta dentro de un separador ciclónico. Condensación de vapores metálicos.  Aplicable en metales que pueden hervirse, condensando el vapor en forma de polvo (magnesio, cadmio y zinc)

Dosificación y Mezcla. Para obtener las características requeridas es necesario mezclar polvos de tamaños y composiciones diferentes. Igualmente se pueden añadirse aditivos que actúen como lubricantes durante el compactado o aglutinantes que incrementen la resistencia del compactado crudo. Compactación El polvo suelto se comprime mediante prensas mecánicas o hidráulicas en una matriz, resultando una forma que se conoce como pieza en verde o compactado crudo. Las prensas más utilizadas son uniaxiales, en la que la presión se aplica al polvo en una sola dirección. Mediante compactación uniaxial pueden obtenerse piezas en verde con dimensiones y acabados precisos, lográndose una alta productividad.

Sinterizado. Consiste en el calentamiento en horno eléctrico o mufla con atmósfera controlada a una temperatura que oscila alrededor del 75% de la de fusión. En general, los hornos son continuos con tres cámaras: En la cámara de purga se consume el aire y se volatilizan los lubricantes y aglutinantes al tiempo que se calienta lentamente el compactado. En la cámara de alta temperatura se produce la unión de las partículas de compactado por difusión en estado sólido. En la cámara de enfriamiento se hace descender la temperatura del producto ya sinterizado. En todo el proceso, es fundamental mantener una atmósfera controlada para evitar la rápida oxidación de las pequeñas partículas metálicas al elevarse las temperaturas en presencia de oxígeno. Para ello, se emplean atmósferas reductoras basadas en hidrogeno, amoníaco disociado y nitrógeno. Acabados. Acuñado: Prensado posterior al sinterizado para reducir las tolerancias dimensionales de la pieza y obtener un mejor acabado superficial. Si la deformación plástica es masiva, se suele hablar de forja pulvimetalúrgica. Impregnación: Para penetrar en la red porosa del material, bien con aceite, caso de los cojinetes, o bien con metal fundido cuando no se desee que el material sea poroso.

Ventajas •

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No hay desperdicio de material. Se logra muy buena Precisión dimensional y acabado. Tiempo de fabricación corto costos reducidos. Piezas imposibles por otros medios: porosidad controlada, mezcla de metales y no metales (cerámicos).

Desventajas •

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Elevado costo de las matrices de compactación. Características mecánicas inferiores debido a la porosidad del material. Limitaciones de diseño: sección uniforme en la dirección de compactado, esbeltez limitada, etc

Fin Unidad 2