UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
TALLER MECÁNICO INDUSTRIAL II TEMA: Ejercicios de mecanizado CURSO: Tercero ªBº 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 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 cil indrar es de 100 mm y que la distancia de aproximación de la herramienta será de 5mm.
N= 262.52 rpm
Sc =
Sc =
Sc= 1 mm 2
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 cm 3 /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?
N= 262.52 rpm
Sc =
Sc =
Sc= 1 mm 2
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 cm 3 /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=? m f=? Vc= cte 90m/min Fc= 15000N (max)
N:0-3000 rp
Grosor= 80% del radio =0.64mm Anchura=60*24=0.6*24 Ps:2000N/mm 2 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=7.5mm 2 /0.539009 mm ap= 13.91 ap£ 13.91 b)
Sc= <=7.5 mm2
=14.4mm
ap= 11.148 mm
N=
N=
N=95.49rpm tm=
tm=
tm=1.31min PROBLEMA 3 Se desea cilindrar una serie de piezas desde un diámetro inicial 50mm hasta un diámetro final 20mm, según la Figura 1. La operación se llevará a cabo en un torno con gama con tinua de velocidades de rotación, potencia nominal de 9kW y un rendimiento h=0,85.
La energía específica de corte del material de pieza viene dada por la expresión. con ac en mm y Ps en N/mm2. Se pide: 1. Representar esquemáticamente el modo de amarre de la pieza en el to rno, de manera que se asegure la máxima rigidez a flexión de la pieza durante e l mecanizado. Identificar sobre el esquema los elementos que se utilizan para el amarre.
Los puntos se emplean para sujetar los extremos libres de las piezas de longitud considerable; pueden ser fijos en cuyo caso deben mantener su punta constantemente lubricada, o giratorios, los cuales no necesitan lubricación ya que cuentan en el interior de s u cabeza con un juego de dos rulimanes que le permiten clavar y mantener fija su cola, mientr as su punta giratoria a la misma velocidad de la pieza con la que está en contacto El plato de garras sirve para sujetar durante el mecanizado. Pueden ser de tres mordazas, para piezas cilíndricas, los mismos cierran o abren simultáneamente sus mordazas por medio de una llave de ajuste. Pueden tener un juego de mordazas invertidas, para piezas d e diámetros grandes, y un juego de mordazas blandas, para materiales blandos o cu ando no se quieren lastimar las piezas durante su agarre. De cuatro mordazas, cuando la pieza a sujetar es de geometría variada. En este caso, cada mordaza se ajusta por separado.
2. La operación de cilindrado se lleva a cabo en 3 pasadas de igual profundidad, manteniendo en todas ellas el mismo avance y una velocidad de corte de 205m/min. La erramienta puede trabajar en un rango de avances entre 0,05 y 0, 2mm/rev. Teniendo en cuenta las características de la máquina y del material de pieza, calcul ar el avance que ace mínimo el tiempo de mecanizado.
3. De acuerdo con la información facilitada por el fabricante de la
erramienta,
se sabe que cuando se utiliza una velocidad de corte de 180m/min la vida esp erada de la erramienta es de 30min, mientras que a 225m/min la vida es de 10min. ¿Cuál será la vida esperada de la erramienta bajo las condiciones de corte del apartado 2? Razona la respuesta.
4. Utilizando una velocidad de corte de 180m/min, a la que correspond e una vida esperada de erramienta de 30minutos, y manteniendo el resto de parámetr os de operación en los valores utilizados en el apartado 2, ¿Cuántas piezas podrían realizarse antes del cambio de
erramienta? Razona la respuesta.
5. Tras la última pasada, la rugosidad resultante en la superficie de la pieza es Ra=5m. ¿Sobre qué variables se podría actuar y en qué sentido (aumentar o disminuir )) si nuestro cliente exi- giese reducir dic a rugosidad? Razona la respuesta. Para saber sobre cual variable actúan toca tener en cual la ecuación de rugosidad qu e es igual R= f^2 / 8 re (re= radio de punta) - Para reducir la velocidad La rugosidad superficial de una pieza consiste en las finas irregulari dades de la textura superficial originadas por la acción del proceso de fabricación. En una o peración de maquinado el radio de punta y el ángulo de desa ogo junto con el avance son en principios, los parámetros que más afectan el acabado superficial y la precisión de la medida. La presión erramienta/pieza da lugar a deformación plástica del material me canizado, que resulta en tensiones residuales de compresión. La fricción erramienta/pieza y el calor asociado a la deformación plástica producen calentamiento de la pieza meca nizada. El aumento de temperatura produce una expansión momentánea de la superficie d el material que se ve constreñida por el resto del material. - Aumentar el radio de punta de la erramienta Al aumentar el radio de la punta aumenta el área de contacto disponibl e para la conducción/eliminación de calor, disminuyendo así la temperatura local a lo largo de la zona de corte. Esta disminución de la temperatura llevaría a una disminución de las tensiones residuales acia valores menos tractivos. No obstante, el aumento de la zona de contacto con el radio de la punta de la plaquita ace que aumente la fricción entr e erramienta y pieza mecanizada, lo que produce un aumento del calor resultante de la fricción. Este au mento de temperatura en la superficie de la pieza como consecuencia de la fric ción favorece la generación de tensiones residuales tractivas PROBLEMA 4 Se desea realizar una operación de cilindrado exterior en un redondo de acero templado, cuya energía específica de corte es de 2550 N/mm 2 . Para realizar la operación se a seleccionado el porta-plaquitas junto con la plaquita que se muestra e n la figura 1. En la tabla 1 se muestran las velocidades de corte a utilizar para la plaquita dada en función de la profundidad de pasada de la operación y el avance. El diámetro de partida del redond eo es de 210mm y el resultado de la operación debe disminuir este diámetro as ta 190mm. Se tomará como valor de la distancia de aproximación 5mm. Se dispone en el taller de dos tipos de tornos, ambos con un rendim iento del 85%
Se pide: 1. Con los datos dados, calcular el tiempo de la operación de mecaniza do que se obtendría realizando el mínimo número de pasadas y minimizando el tiempo po r pasada. Como queremos el mínimo número de pasadas escogemos de la tabla 1 una prof undidad de pasada de 0,5 mm para tener que realizar máximo dos pasadas, y como queremos mini mizar el tiempo escogeríamos el avance más grande que es de 0,4 mm y la velocidad de cort e más grande que es la de 162m/min. Una vez escogido los parámetros calculamos el tiempo.
2. Seleccionar, razonando la respuesta, el tipo de torno en el que s e realizaría la operación. El tipo de torno que se seleccionaría sería el B, ya que posee una potencia muc o ma yor por lo cual ganaríamos muc o tiempo en el proceso. 3. Obtener el anc ura de viruta y el espesor de viruta utilizados pa ra la operación definida.
Calculamos ac y aw con el ángulo kr que nos da en la figura 1 y los datos escogido
s del literal 1.
4. En la figura 2 se presenta la proyección sobre el plano de referen cia Pr de una operación de cilindrado exterior. Representar la sección A-A y localizar sobre esta el desgaste de flanco. Indicar el parámetro que se utiliza para medirlo y dibujar también la evolución a lo largo del tiempo de este desgaste.
Evolución del Desgaste
5. En caso que se desee aumentar la vida de la razonando la respuesta, que acción se debería tomar.
erramienta indicar,
Podríamos aumentar la vida de la erramienta al disminuir la velocidad de corte, esto lo podemos comprobar con la ecuación de Taylor la cual es:
Dónde: T= Tiempo de vida de la Herramienta V= Velocidad de corte C= Depende de: Material de la pieza, tipo de las condiciones de
erramienta, valores de
mecanizado (anc o, profundidad, avance, etc.), utilización de fluidos de corte. n= Depende del material de la erramienta. Con lo cual podemos observar que el tiempo de vida de la erramienta es inversamente proporcional a la velocidad de corte por lo que a menos velocidad de corte más vid a tendrá la erramienta y a más velocidad de corte menos vida tendrá la erramienta. PROBLEMA 6 Se desea refrentar asta el centro un redondo de 200 mm de diámetro ( ver figura 1) para quitarle la cascarilla procedente de la laminación. Para ello, se empl eará un torno CNC con gama continua de velocidades de usillo principal (el del cabezal) com prendida entre 0 y 2000rpm y con gama continua de velocidades de carros X, Z, comprendid as entre 0 y 10 m/min. La potencia máxima del torno es de 50kW, siendo su rendimiento del 80%. Se recomienda trabajar con velocidad de corte constante de 125 m/min (rec omendaciones del fabricante de la erramienta). El material de pieza es acero y tiene una energía específica de corte d e 2200 N/mm2. La rugosidad Ra de la pieza debe ser como máximo de 7 μm. La distancia de aproximación es de 2mm. La erramienta debe ser seleccionada entre las que se muestran e n la Figura 2 y se debe considerar un aprovec amiento máximo.
Se pide: 1) Seleccionar, de forma razonada, la erramienta a emplear entre las opciones dadas para una máxima productividad. 2) Calcular el tiempo de refrentado, sabiendo que éste debe ser el mínim o que permitan las restricciones. 3) Dibujar las gráficas de N, VX, VC, PC en función del diámetro de la pieza para el t orno CNC.
Datos: Di= 200 mm Df =0mm N =0 ± 2000 rpm Pc =50KW N =80% Vc =125 0/min Ps =2200 N/m Ra
Resolución: 1) Herramienta: MR CNMG 16 06 16-MR de doble cara. rz=1,6mm ap=2-10,7mm f=0.35-0.9mm
2)
)
(
3)
PROBLEMA 7 En un torno se realizarán operaciones de cilindrado y refrentado con una misma er ramienta. La erramienta y su plaquita se muestran en la figura siguiente. La erramienta está amarrada en la torreta porta erramientas con su mango paralelo al eje X del torno.
Las características y restricciones que deben tenerse en cuenta a la o ra de definir las operaciones son las siguientes: El torno tiene una potencia nominal de 125 KW y un rendimiento del 80%. La energía específica de corte del material de la pieza es de 2100 N/mm2. En todas las operaciones la profundidad de pasada será la máxima que ad mita la erramienta. Para una buena formación y flujo de la viruta, se recomienda que el espesor de la viruta sea igual o inferior a 2/3 del radio de punta y que la long itud máxima de filo comprometida en el corte (que en este caso coincide con el anc o de viruta) sea igual o inferior, también, a 2/3 de la longitud de la arista de corte. Por las características de los materiales de pieza y erramienta, la ve locidad de corte estará limitada entre 370 y 530 m/min. Las operaciones a realizar son de gran desbaste, sin embargo, la rug
osidad media teórica está limitada a un máximo de 13 m, por motivos especiales. Finalmente, por razones de productividad la vida de la erramienta debe ser cer cana a 15min. Las constantes de la ecuación de Taylor para el caso presente son n=0,23 y K=900. Se pide: 1) Representar, en dos dimensiones y sobre el plano del movimiento de avance (o plano de referencia), ambas operaciones, en un instante intermedio de su ejecución . Para las dos operaciones, representar el vector velocidad de avance y acotar el ángulo de posic ión del filo principal, con su valor concreto. CILINDRADO
refrentado
2) Calcular el avance máximo posible en cada una de las operaciones. Cilindrado = 2/3* 0.8 = 0.533
=f sen (kr)
kr =
f=
kr = f =
f = 0.535
Refrentado =f sen (kr) f=
f =
f = 0.522 Nota: Recordar que la rugosidad media teórica es Ra= (1/32) (f2/r). PROBLEMA 8 Se debe realizar un refrendado completo, en torno, de una pieza cuyo extremo a r efrendar es cilíndrico y macizo, de 60 mm de diámetro. La profundidad de pasada será de 5 mm y el ángulo de posición de filo principal de la erramienta, de 45°. El radio de punta de la erramienta es de 0,4 mm. La rugosidad medi a de la superficie resultante debe ser inferior o igual a 2 µm. El espesor de viruta no debe superar el 85% del radio de punta. La fuerza de corte será igual o inferior a 1000 N. La energía específica de corte del material de la pieza se estima en 1500 N/mm 2 . El torno es de control numérico, con gama continua de velocidades. Su potencia nominal es de 15 KW y el rendimiento, del 75%. La velocidad máxima de cabezal es de 6000 rpm . Las constantes de la ecuación de Taylor para la vida de la erramienta, en las con diciones de eta operación, se estiman en: exponente, n=0,125; velocidad de corte para vida de 1 min, 400 m/min. Para esta operación, se programa una distancia de aproximación de la erramienta de 1 mm. Por razones de productividad, interesa minimizar el tiempo de mecanizado. Se pide: 1. Representar, con un dibujo conveniente en dos dimensiones, un insta nte intermedio de la operación, acotando las magnitudes anteriores. 2. ¿Cada cuántas piezas debe reemplazarse la erramienta? 1. 2.
( )
( ) ( )
Ö
La erramienta puede refrendar un total de 453 piezas antes de ser c ambiada. El tiempo estimado de vida de la erramienta es de 0,015277 min o 0,91 s a una velocidad d e corte de 675 m/min pero si se trabaja con velocidades menores pues aumentara e l tiempo de vida y ay que tomar en cuenta el material del q esta ec o la pieza. FRESADO PROBLEMA 1 Calcular el tiempo de mecanizado mínimo. Para realizar la operación de la figura 1. Las superficies de ranura deben quedar con un acabado superficial uniforme en toda su longitud. Tomar como distancia de aproximación y de salida el valor de 2 mm. DATOS DE LA OPERACIÓN Velocidad de corte : 94 m/min Espesor de viruta máximo :0.2mm Diámetro de la fresa: 50mm Numero de dientes : 10 GRAFICO: SOLUCION DEL EJERCICIO:
N=
N=
¤ N=598.422rpm Fz = acmax Fz = 0.2mm Vf = fz×N×z Vf =0.2mm×598.422rpm×10 Vf =1196.84 mm/min t=
t= ¤ t=0.1173 min PROBLEMA 2 En una pieza de acero de alta aleación, de dureza Brinell 200, se desea mecanizar la ranura de la figura 1, mediante una operación y erramienta análogas a las mostradas en la fig ura 2. La energía específica de corte del material de la pieza (p s ) para operaciones de fresado, viene dada, en N/mm 2 , en función del ángulo de desprendimiento axial (ɣ a ), en grados, y del espesor de viruta (a c ), en mm, por la ecuación siguiente: p s = 2300. (0,9-0,015.ɣ a ).a c -0,27 Para los cálculos suponer un valor para la distancia de aproximación y alejamiento d e 2 mm. Se pide: 1. Nombrar el tipo de erramienta a utilizar y seleccionar, de la tabla incluid a en la figura 2, el diámetro conveniente de la misma. 2. Nombrar los ángulos que aparecen en la figura 2. 3. En la figura 3, seleccionar, justificando la respuesta, las condici ones de corte que permitan acabar la operación en el menor tiempo posible. Calcular este tiempo mínimo. 4. Calcular los valores máximo y mínimo del espesor de viruta para esta operación. 5. Calcular los valores de la fuerza de corte para tres posiciones angulares di ferentes del diente en corte, indicando cada posición angular elegida. 6. En el caso de que se presentara desgaste de cráter, ¿en qué zona de la erramienta se produciría? ¿Qué variable es la más común para medir este tipo de desgaste? ¿Cuál es el mecanismo de desgaste más relacionado con la formación de cráter? PARTE 1 Fresa frontal de ranurar. Diámetro 10mm (anc ura de la ranura). Calidad de la plaquita: P. PARTE 2 Ángulo 1: ángulo de desprendimiento radial. Ángulo 2: ángulo de incidencia. Ángulo 3: ángulo de desprendimiento axial. Ángulo 4: ángulo de posición del filo secundario.
PARTE 3 Vc = 130 m/min. fz = 0.05 mm/z Se tomó los datos sabiendo que la operación se realizará en el menor tiempo posible. tm = (52x2)/413,8 = 0,25 min PARTE 4 a c (máximo) = f z = 0,05 mm. a c (mínimo) = 0 mm. PARTE 5 Ɵ=0 y Ɵ=180 c = 0mm. c = máx. = 0.05mm p s = 2300* (0,9-0,015.ɣ a )* (0) -0,27 s = 2300* (0,9-0,015.ɣ a )* (0,05) -0,27
a Ɵ=90
p
p s = 0 s = 3718,25 N/mm 2 Fc = p s x s c N = (130X1000)/(10 p) Fc = 0 N ,03
a
p
= 4138,03 r m Vf = 0,05x2x4138
= 413,8 mm/min Q = (10x7x
413,8)/1000 3 /min
= 28,97 cm Pc = (3718
,25x28,97)/60 = 1798,31 W Fc = (1798 ,31/130)x60 PARTE 6
= 928,56 N
Zona de la herramienta donde se roduce cráter: su erficie de des rendimiento Variable ara medir el cráter: Kt, rofundidad de cráter Mecanismo de desgaste: difusión PROBLEMA 3 Las figuras siguientes muestran una o eración de mecanizado, junto con a lguno de sus arámetros, ex resados en las unidades habituales. El material de la ieza es fundición gris, de dureza Brinell, 180. Su energía es ecíf ica (o fuerza es ecífica) de corte, ara el cálculo de la otencia de corte, s *, en las condiciones de trabajo de esta o eración, obedece a la ex resión em írica indicada más abajo. En esta ex resión, los valores k c y m c se obtienen de una de las tablas incluidas al dorso, y deben sustituirse directamente en la citada ex resión, obteniéndos e la energía es ecífica en N/mm 2 . Por otra arte, re resenta el es esor de viruta medio, en mm; el cual uede obtenerse de la ex resión adjunta,
l arco de contacto, en radianes.
en
la
que Q
representa e
La fresadora tiene una potencia nominal de 34 kW y un rendimiento del 85% en el conjunto de sus transmisiones al eje principal. Deben respetarse las restriccion es impuestas por la máquina y por la herramienta, y seguir las recomendaciones del fab ricante de ésta, que aparecen en las figuras y tablas siguientes. Se pide, buscando un mecanizado en el menor tiempo posible: 1. Elegir la herramienta a utilizar: diámetro, etc. 2. Elegir la geometría de la plaquita (rompevirutas) y su material (cal
idad), según los códigos mostrados en las tablas. 3. Definir el avance por diente a emplear y la velocidad de corte
RESOLU CIÓN: 1) R evisand o detenid amente los datos iniciales del ejercici o así como los paráme tros del fabrican te disponi ble en las tablas, la herrami enta a utilizar será una fresa para planear la cual tiene un diámetro de 100 mm además consta de 14 dientes y un ángulo de posición de filo de 45º. 2) Para responder el literal simplemente nos remitimos a las tablas o bservando que el material de la pieza es una fundición (K), en donde podemos observar q ue las geometrías posibles son TNHF-CA y TNHF-65, aunque la que nos permite un avance mayor es la TNHF-CA por lo tanto sería la mejor opción, Para la elección de las calidades nos basamos de la misma forma en la s tablas en donde en donde los acabados posibles para la fundición son H13A y HM en este caso al querer desarrollar la operación en el menor tiempo posible elegimos HM ya que nos proporciona mayor velocidad de corte. 3)
dato tomado en base
( )
de la tabla inicial
( ) EJERCICIO 5 DE FRESADO Se dispone de un tocho de acero inoxidable austenítico de dimensiones 200x60x100 ( unidades en mm). La energía específica de corte de este material viene dada por la expresión:
siendo ac el espesor de viruta en mm, Sobre dicho tocho se necesitan realizar las siguientes operaciones (véase figura 1): - Un planeado, para reducir la altura del tocho de 100 a 95mm. - Un mecanizado en escuadra, con las dimensiones indicadas en la figura. Para llevar a cabo dichas operaciones se dispone de las herramientas mostradas e n la tabla 1. Todas son de metal duro. Las calidades de metal duro disponibles son las mostradas en la tabla 2, donde se dan como dato las velocidades de corte recomendadas en función de los espesores máximos de viruta. Se recomienda que la profundidad de pasada radial para todas las herramientas no supere el 65% del diámetro de la misma. Además, la fuerza de corte máxima por dient e no deberá superar los 3200N. Se pide: 1. Seleccionar la herramienta a utilizar en cada operación (nombre, diámetro , nº de dientes) teniendo en cuenta que hay que hacer las operaciones en el menor tie mpo posible y con el menor número de pasadas. 2. Calcular los parámetros de mecanizado (fz y Vc) que hacen que cada una de las o peraciones se realice en el menor tiempo posible, indicando la calidad de la plaquita en ca da caso. 3. Calcular la potencia requerida para realizar la operación de planeado. Utilizar para su cálculo la expresión de la potencia dada a continuación: siendo: el ángulo de contacto (rad) - D, diámetro de la herramienta (mm) - fz, avance por filo (mm) - ae, profundidad de pasada radial (mm)
- kr, ángulo de posición del filo principal (º)
SOLUCIÓN 1. Seleccionar la herramienta a utilizar en cada operación (nombre, diámetro , nº de dientes) teniendo en cuenta que hay que hacer las operaciones en el menor tie mo posible y con el menor número de pasadas. Para planeado:
fresa de plato Z= 7 dientes
Para escuadrado:
fresa de plato Z= 4 dientes
2. Calcular los parámetros de mecanizado (fz y Vc) que hacen que cada una de las o peraciones se realice en el menor tiempo posible, indicando la calidad de la plaquita en ca da caso.
Planeado Datos: Z= 7 dientes
Solución: Calidad 1
( )
Escuadrado: Datos: Z= 4 dientes
rpm
.
3. Calcular la potencia requerida para realizar la operación de planeado. Utilizar para su cálculo la expresión de la potencia dada a continuación: Solución:
PROBLEMA 6 Una cola de milano es una guía prismática hembra cuya sección transversal es un triángulo truncado. Este tipo de geometría se puede obtener mediante varios procesos de fab ricación. En este caso, y aunque no sea la solución óptima, se va a mecanizar este perfil íntegramente, para lo que se empleará una fresadora vertical. El fresado de las guías en cola de milano se lleva a cabo sobre un tocho de acero cuya energía específica de corte del material se supone constante e igual a 800 N/mm2. Las dimensiones del tocho de partida son 50x50x100 (cotas en mm) y s e mecanizará en dos partes: 1º Fresado preliminar de las guías con una fresa cilíndrica frontal (ranurado) 2º Fresado de la cola de milano. Se considera que las distancias de aproximación y de salida son de 3mm. Se pide: 1. Elegir las herramientas que emplearías para el 1er fresado (ranurado) (Tabla 1) y el 2º fresado (cola de milano) (Tabla 2 y Tabla 3) teniendo en cuenta que ambas serían sin recubrimiento. Indica en cada caso: Referencia Material de herramienta Ángulo de posición del filo principal Diámetro D Número de dientes 2. Seleccionar las condiciones de corte que den un tiempo de mecaniza do mínimo (en el 2º fresado se considerará Vc en el diámetro máximo de la herramienta). Calcula r el tiempo de mecanizado mínimo. 3. Calcular el espesor de viruta máximo en el 1er fresado (ranurado). 4. Calcular la fuerza máxima en el 1er fresado (ranurado).
RESOLUCIÓN: Cuestión 1 1er FRESADO (RANURADO): Referencia: 4421 Material de herramienta: HSS D=15mm (impuesta por la anchura de la ranura) z=2 Kr=90º Vc=20-28m/min fz =0,1mm ap=6mm. la ranura se realizará en una única pasada (radial). 1do FRESADO (COLA DE MILANO): Referencia: 4330 (porque la geometría de la herramienta es la adecuada). Material de herramienta: HSS con 8%Co D=16mm (impuesto por las dimensiones de la cola de milano). z=8
kr=60° Vc=20-30m/min fz=0,1mm Fresado Ranurado Datos Referencia 4421
N
N
FRESADO 2 (COLA DE MILANO) Referencia 4340 d = 12mm
Cuestión 3
En fresado
Cuestión 4
PROBLEMA 7 Se desea mecanizar una pieza de fundición gris cuyas dimensiones son 40 0x180x100 mm longitud x anchura x altura).La energía específica de corte del material es ps=1225·ac -0.25 (N/mm2). La geometría de la pieza final se muestra en la Figura 1.
Se desea realizar el mecanizado completo en una sola máquina, con el núm ero mínimo de pasadas y en el menor tiempo posible. Para el mecanizado de la pieza se dispone de las herramientas mostradas en el reverso de la hoja. Se presentan también 3 calidades diferentes de plaquitas, todas ellas para usar con avances por filo mínimos de 0, 06mm y máximos de 0,16mm (para valores intermedios realizar la interpolación). La máquina en la que se va a realizar el mecanizado tiene limitada la velocidad de giro del husillo principal a 6.500 rpm. Por otro lado, se debe limitar la fuerza de corte máxima a 1.100 N. Se pide:
RESOLUCION 1. Enumerar la secuencia de operaciones a realizar y seleccionar las herramientas y calidades más adecuadas de las disponibles. La primera operación de mecanizado es de planeado y después se ejecutara el ranurado que sea realizara a la pieza. Para el proceso de planeado se ocupa la herramienta 2, con los siguientes datos: Dimensiones en mm
Referencia D L 1 ap z R2250.53 -0100-09-7ª 100
50
4,5
7
Para el segundo proceso se utilizara la herramienta 3, con las características Dimensiones en mm Referencia D kr ap z R2250.53 -0100-09-7ª 20 o 9 5
90
Para ambas herramientas se utilizará una calidad MK1500 del material fundición gris dado que son las que mayores una velocidad de corte (Vc) ofrecen y por tanto, minimizarán el tiempo de mecanizado. 2. Elegir las condiciones de corte necesarias para el mecanizado de l a pieza en el menor número de pasadas y el menor tiempo posible. Planeado DATOS D = 100 (mm) ap = 3 (mm) z = 7 Vc = 335 (mm/min) Ps = 1225. ac -0.25 (N/mm 2 ) fz = 0,16 mm/z
N = 1066, 33 rpm
t = 0.41 min
acmax = fz
RANUADO
t = 0.06 min * 2 = 0,12 3. Suponiendo que el tocho inicial sufre un tratamiento térmico hasta a lcanzar una dureza muy elevada ¿ ué máquina y herramienta se necesitaría para llevar a cabo la operación? Justificar la respuesta. Máquina: Rectificadora Plana Herramienta: muela de rectificado
El proceso de rectificado utiliza una herramienta abrasiva (muela) y s e lleva a cabo en una máquina llamada RECTIFICADORA. Suele utilizarse en la etapa final de fab ricación, tras el torneado o fresado, para mejorar la tolerancia dimensional y el acabad o superficial del producto. Porque el rectificado es una es una operación que se utiliza para mecani zar piezas de alta dureza, debido a que la muela contiene granos abrasivos de alta dureza. 4. Localizar mediante un dibujo la zona donde se suele dar el desgas te de flanco en las herramientas de corte e indicar cómo se mide. Dibujar la evolución típica del desgaste de flanco a lo largo del tiempo. Abrasión entre la superficie de incidencia y la superficie mecanizada
VIRUTA Cara de desprendimiento Desgaste de flanco Sup. de Incidencia Cara de incidencia Sup. mecanizada t Vb (mm)
PROBLEMA 8 Se desea realizar las operaciones de mecanizado pata obtener la pieza de la figu ra 1. Se parte de un tocho de acero al carbono de baja aleación laminado de 150x60x60 mm (Long. x anchura x Altura).Para ello se dispone de las herramientas que se mue stran en las figuras y tablas del Anexo: Herramientas disponibles.
La energía específica de corte del material de la pieza es ps=2020·ac-0,25 (N/mm2). Co n el fin de reducirla flexión de la herramienta, la fuerza de corte por diente en ningún caso puede superar los 2.050N. La energía específica promedio correspondiente a este material se obtiene a partir de los valores kc=1.950 y mc=0.23 que deben sustitui rse en la expresión indicada más abajo, obteniéndose la energía específica en N/mm2. Por otra par te ac representa el espesor de viruta medio, en mm; el cual puede obtenerse de la expresión adjunta, en la que q representa el arco de contacto, en radianes. Para realizar las operaciones de mecanizado, se deben respetar todas l as condiciones y limitaciones de las herramientas. 1. Indicar las operaciones ue deben realizarse y el orden en ue de ben realizarse, y seleccionarlas herramientas adecuadas para realizar cada una de ellas c on el menor número de pasadas. 2. Para cada operación, seleccionar la calidad de pla uita y calcular l os parámetros de mecanizado (velocidad de corte, avance) ue permitan ejecutar las operac iones en el menor tiempo posible. 3. Se dispone en el taller de una fresadora de 50 KW de potencia n ominal y un rendimiento del 85%. Comprueba numéricamente si esta má uina es capaz de realizar la oper ación de mecanizado planteada. 4. Se observa ue tras realizar la misma operación de mecanizado sobre una serie d e piezas, la anchura de la ranura progresivamente, pieza tras pieza, toma valores i nferiores a 40 mm, hasta ue se sale de tolerancias. ¿Qué efecto crees ue puede ser el más influyente en este caso? ¿Qué parámetro se debería controlar? ¿Podrías dibujar la tendencia habitual de este? Datos D=40mm Z=4 ac=
Ap=5mm Ae=40mm ac=1,14 N=7900 rpm Ac.max=Fz=0.4 mm Vc = 95m/min Kr= 90 Fc=2050 ps= Kc=1950 Mc=0,23 1)
ps=1892,11
Se usa la pieza dos para machihembrar
2)
f=
Vf= fxnxz Vf= 0,4mm x 7900rpm x 4
Vf= 12640 mm/min
Vc=95m/min t=
t=
t= 0,9 s 3) Pc=50 kw = 50000w
N=85% Preal=50000 x 0,85
fc=
2050=
Preal =42500w Pc= 3245,83 w Si por ue tiene la potencia necesaria para el corte 4) a) El factor más influyente puede ser el aumento de temperatura el desgaste de la herramienta y el desgaste de la pieza. b) Se debería controlar el grado de inclinación de la herramienta.
y
TALADRADO PROBLEMA 1 Se desea taladrar un agujero pasante de 10mm de diámetro y 20mm de longitud en un centro de Mecanizado. Para ello se utiliza la herramienta de corte de la figura 1. La e nergía específica de corte del material de la pieza es de 2300 N/mm2. La velocidad de corte recome ndada para esta operación es 75 m/min. Para evitar la rotura de la herramienta, se debe limit ar el par de corte a un valor inferior a 12N ·m. La potencia nominal de la máquina es
de 3,5kW y su rendimiento del 75%. Se pide: 1. Nombrar la herramienta de la Figura 1 e identificar las partes señaladas. BROCA HELICOIDAL DE 2 DIENTES
Filo
secundari o Superficie de desprendimiento Filo Principal Superficie de Incidencia Filo Transvers al BROCA HELICOIDAL DE 2 DIENTES.- Su concepción fue inspirada en la nece sidad de hacer una perforación que posea un acabado superficial, estar correctamente ubicad a, tener el tamaño exacto y la virtud de la rapidez en el trabajo. Por las características derivadas de su forma presentan dificultades de construcción importantes hasta el punto que se requiere el interés exclusivo de fábricas especializadas. Deben satisfacer la consecución de los siguientes resultados: a) Producir agujeros precisos y rectos. b) Penetrar fácilmente con el mínimo de energía. c) Descargar fácilmente la viruta por las ranuras helicoidales. d) Máxima duración del filo cortante y mínimo desgaste. 1) Filo secundario: inclinación que está detrás del filo principal de maner a que esta baya apoyada al fondo de la perforación. 2) Superficie de desprendimiento: Es la cara de la cuña sobre la que desliza el material desprendido cortado 3) Filo Principal: es la arista cortante y une el transversal con la periferia o faja-guía. 4) Filo Transversal: es la línea que une los fondos de las ranuras, o sea, el vértic e de la broca. El ángulo que forma con las aristas cortantes es de 55º para trabajos normales 5) Superficie de Incidencia: sirven para conseguir una guía más segura de la broca e n la pieza. 2. Calcular las condiciones de corte que permitan realizar el taladrado en un ti empo mínimo y calcular el tiempo correspondiente. Suponer que la distancia de aproxim ación y salida de la herramienta es de 2mm. Datos: Ø = 10mm L = 20mm Ps = 2300 N/ Vc = 75 m/min T = 12 Nm Pc = 3.5 Kw Ŋ= 75 % Tmin = ? Dist. Aprox. de la herramienta = 2mm Z = 2 dientes. Tmin =
Tmin =
Tmin = 0.0239 min Vf = f* z *N Vf = 0.1826mm * 2 * 2387.32rpm Vf = 871.9108 mm/min N =
N =
Pc = Vc * Fc
Sc = Fc =
N = 2387.32 rpm
Sc =
Fc =
Sc = 0.9130 Fc = 2100N Sc = aw*ac ac=
ac =
= 0.1716 mm Sen =
Sen =
aw =
fz =
aw =
fz =
fz = 0.1826 mm
aw=5.3208 mm
Esrb quí l euó Aproximación de la herramienta PROBLEMA 2 Se desea taladrar un agujero ciego de 20 mm de diámetro y 30 mm de longitud útil en un centro de mecanizado. La energía específica de corte del material de la pieza es de 3000 N/mm2. El espesor de viruta máximo recomendado para dicho material es d e 0,4 mm y la velocidad de corte debe situarse entre 40 y 70 m/min. Se usará una broca helicoida l de 118° de ángulo de punta. La fuerza de empuje no debe superar los 2500 N y su valor se e stima en un 50% de la fuerza de corte. La potencia nominal de la máquina es de 8 kW y su re ndimiento, del 75%.Se pide: 1. Calcular las condiciones de corte que permitan realizar el taladrado en un ti empo mínimo y el tiempo correspondiente. Suponer que la distancia de aproximación de la herramie nta es de 2 mm. 2. Calcular el caudal de viruta. 3. Determinar el diámetro de la zona de talonamiento suponiendo que el ángulo de incidencia, en las proximidades del centro de la broca, y medido en e l plano de trabajo (que contiene a los vectores velocidad de corte y velocidad de avance), es de 5° . Datos: D= 20mm
L p = 30mm Ps= 300 N/mm 2 a c max = 0.4mm Vc= 40 ± 70 m/min K= 118 o P N = 8 KW n= 75 % F e = 2500 Fe= 50%( Fc)= ½(Fc) Fc= 2*(2500N) Fc= 5000 a
w =
w =
a
w = 11.6 mm fz D/2 a w Fc= Ps*Sc
Sc= =
a
Sc= 1.7 mm 2 Sc= a c *a w a c =
a c = 0.14mm Pc real = 800W*(0.75) Pc real = 6000 W Pc= Fc*Vc Pc= (500N)*(70 m/min)*60s Pc= 5833,3 W < 6000W entonces es posible realizar el corte Vc=
N= =
N= 1114.1 rpm t=
t=
fz =
fz =
fz= 0.16mm
fz
a c t= 0.16 min CUESTION 2 =
=
= 98560.80 mm 2 /min = 98.56 cm 3 / min CRITERIO 3 a = 5 o si Kr > a existe t lon miento t g kr = = =
D= = = 1.1 mm PROBLEMA 3 Se dese re liz r gujeros p s ntes de 25 mm mm de espesor. P r ello, se emple rán broc s de 2 cero de l s ch p s tiene un resistenci l iciones de corte se tom rán de l t bl djunt , de form niz do mínimo. El rendimiento de l máquin es del 85%. L energí específic de corte es:
de diámetro en ch p s de
cero de 20
dientes con 120º de ángulo de punt . El tr cción que se
de
100 kg/mm2. L s
obteng
un tiempo
de
cond mec
[]
[]
Se pide: 1. C lcul r l potenci neces ri p r llev r c bo l oper ción. 2. C lcul r el tiempo de mec niz do suponiendo que l dist nci de proxim ción y s lid de l herr mient es de 2mm. 3. Describir el fenómeno de t lon miento, indic ndo b jo qué circunst nci s se produ ce y l s consecuenci s que tiene. SOLUCIÓN D tos:
Cálculo: )
s s
s
*
+
*
+
ó
[ ] [ ]
[] []
[] [] ó [] []
b)
[]
[]
* +
c) FENÓMENO DE TALONAMIENTO 1 Este fenómeno se d tr vés del estudio del Rendimiento de un rued Pelton. Desde el punto de vist del rendimiento l optimiz ción de los p rámetros vendrí d d por : í
(1) que, teniendo en cuent l [
expresión (1), puede expres rse como:
(
) ]
s
s (2) donde es un p rámetro c r cterístico de l rued de Pelton. Es preciso indic r que este rendimiento de l rued propi mente dich ; el rendimiento glob l de l turbin difiere un poco de este v lor puesto que h y que tener en cuent t mbién el rendi miento de l tober . Desde el punto de vist del rendimiento máximo (deriv do respeto de e igu l ndo cero), el p rámetro debe v ler
, y el ángulo debe ser nulo. Sin emb rgo, es incomp tible con el rendimiento máximo por l s r zones explic d s nteriormente de p rición de un p r de fren do si existe inter cción del chorro de s lid con l cuch r siguiente ( este fenómeno es conocido t mbién con el nombre de t lon miento). Desde el punto de vist de (desvi ción bsolut ) el
l s lid de l velocid d máximo rendimiento se obtiene
p r
. V lores norm les del p rámetro están comprendidos entre 0.45 y 0.49 (en l práctic suele tom rse 0.46). De l expresión se deduce que l s curv s de rendimiento de l s tur bin s Pelton suelen ser curv s muy pl n s, es decir, el rendimiento v cí m uy poco p r los distintos puntos de funcion miento. Ello se justific porque según se c b de ver, el único F ctor que influye en le rendimiento es l rel ción . M nteniéndose u const nte por r zones de ri ción
copl miento de l turbin con el
ltern dor
solo de v
h ce que v rié el rendimiento. L velocid d bsolut depende de l ltur tot l en el inyector y des güe o f ctor de velocid d bsolut
del
coeficiente de
:
Ö ;
este
coeficiente
se m ntiene práctic mente nyector que oscil
const nte
igu l
0.97,
p r
bertur s
del
i
entre l máxim posible y un 20% de l mism , c yendo rápid mente p r v lores est e último. En estos mplios interv los de bertur s del inyector l vel ocid d solo depende, por t nto, de H. Como demás l s turbin s Pelton se inst l n en s ltos de gr n ltur y l únic v ri ción posible de H es debid l v ri ción de l perdid de c rg en l tuberí forz d l v ri r el c ud l, se deduce que l oscil ción de
es muy pequeñ y, por t nto, el rendimiento se m ntiene proxim d mente const nte. PROBLEMA 5 Se dese f bric r un lote de piez s de cero templ do y como l s que p recen en l Figur 1. Est s piez s vienen f bric d s por l min equisitos geométricos implic n el Mec niz do posterior de ciert s zon s. En pide únic mente resolver el proceso de T l dr do correspondiente los tes. Teniendo en cuent los siguientes d tos: L longitud de proxim ción =3mm y l de s lid =2mm El ángulo de l punt de l broc 118º y el de incidenci =4º Energí específic de corte del m teri l 2700 N/mm2 Potenci nomin l de l máquin 3,5kW y rendimiento del 75%
espesor 20mm ción, pero sus r este problem se 5
gujeros p s n
Se pide: 1 Selección de broc y su correspondiente v nce por diente emple do p r c d gu jero p r obtener un tiempo de mec niz do mínimo. 2 Tiempo de mec niz do mínimo tot l p r los 5 gujeros. 3 Explic qué es el fenómeno de t lon miento. Indic r, en el c so del gujero de diáme tro 10mm, el diámetro p rtir del cu l p recerí el fenómeno de t lon miento. Solución: Agujero de diámetro 10mm: Broc helicoid l enteriz 2 con un fz= 0.15 p r un rápido proceso
V
RPM
Sc = fz. (D/2) Sc = 0,15 (10/2) Sc= 0,75mm ̂ 2
w
s
s
Vf = fz. N. Z Vf = (0,0754mm/z) (2546,48rpm) (2) Vf = 384.009 mm/min
L V
Agujero de diámetro 16mm: Broc helicoid l enteriz 1 con un fz=0,2 mm/diente p r un proceso rápido
Tiempo tot l p r el mec niz do de 5
V
RPM
Sc = fz. (D/2) Sc = 0,2 (16/2) Sc= 1,6mm ̂ 2
w
s
s
Vf = fz. N. Z Vf = (0,09105 mm/z) (1591,549rpm) (2)
gujeros es = 0.4479 min
Vf = 289,661 mm/min
L V
PROBLEMA 4 Cuestión 1 L máquin z do un t l dro Agujero de Agujero de Cuestión 2 Agujero de
decu d p r re liz r l s oper ciones definid s en un centro de mec ni de CN ( control numérico) t mbién se podrí seleccion r diámetro 2mm = herr mient 2 en un broc p r F 2mm z = 2 diámetro 10mm = herramienta 6 es una broca para F 10mm z = 2 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 pi ezas como en la que aparece en la figura 1. Las piezas vienen ya fresadas y ún icamente se va a realizar en esta máquina 4 agujeros dos de los cuales servirán de agujer o previo para un roscado posterior. El centro de mecanizado dispone de una limitación que impide tr abajar con fuerzas de empuje superior a los 5000N. Además se dispone del dato de que la f uerza de corte es el doble de la fuerza de empuje. La energía específica de corte del mat erial es de 270
. Se supondrá que el ángulo de punta de todas las brocas es de 118. Las brocas para realizar los agujeros deben ser seleccionadas de ista 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 21 mm
N= 2122.065 rpm
15 mm 2 0.2 1 0.4 90
100
la
l
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 ac ero 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, q ue debe utilizarse en este material con una velocidad de corte de 25m/min y con un ava nce 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 utiliz ando 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 c on 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) don de 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 reempl azar en la fórmula de dato de la Energía específica de corte el ac ya encontrado anteriormente.
Para encontrar la potencia es necesario calcular la c) donde se aplica la siguiente formula.
Una vez ya encontrado el valor de la orte.
uerza
de
corte
(
c se aplicara la fórmula de la Potencia de C
Una vez ya encontrado la potencia de corte el problema plantea que el rendimien to 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 la s 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
