Diseño y Fabricación de Una Cuchilla Para Tornear

2014 DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA CUCHILLA PARA TORNO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

CHUTA HANCCO EDISSON CUADROS MOSCOSO JORBY

DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA CUCHILLA PARA TORNO

Contenido ....................................................................................................................... 2 OBJETIVOS ........................................................................................................................

I. II.

..................................................................................................... ............................................. 2 TEORÍA DE CORTE ........................................................

1.

.......................................................................................................... 2 INTRODUCCIÓN ...........................................................................................................

2.

TIPOS DE HERRAMIENTAS ...................................................................................... 2

3.

........................................................................................................................ 3 VIRUTAS .........................................................................................................................

4.

...................................................................................................... ............................................. 4 FLUIDO DE CORTE.........................................................

5.

............................................................................................ 4 VELOCIDAD DE CORTE .............................................................................................

6.

......................................................................................... 5 VELOCIDAD DE AVANCE ..........................................................................................

7.

TIEMPO DE TORNEADO ............................................................................................ 6

8.

............................................................................ ........ 6 FUERZA ESPECÍFICA DE CORTE....................................................................

9.

............................................................................................... 6 POTENCIA DE CORTE ................................................................................................

10.

SUPERFICIES Y ÁNGULOS DE ATAQUE ........................................................... 7

11.

........................................................................................... 8 TIPOS DE CUCHILLAS ............................................................................................

III.

PROCESO DE FABRICAC F ABRICACIÓN IÓN ................................................................................... 9

1.

SELECCIÓN DEL MATERIAL ................................................................................... 9

2.

CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL .................................................................. 10

3.

2.1.

.......................................................................................................... 10 Composición ...........................................................................................................

2.2.

Conformación en caliente ..................................................................................... 10

2.3.

Tratamiento térmico ............................................................................................. 10

............................................................................ 13 DISEÑO DE LA HERRAMIENTA .............................................................................

3.1.

Tamaño de los ángulos en las cuchillas ............................................................... 13

3.2.

Ángulo de filo (β) ................................................................................................... 13

3.3.

............................................................................................. ............................... 14 Ángulo de ataque (γ) ..............................................................

3.4.

Ángulo de incidencia (α) ....................................................................................... 14

3.5.

.......................................................................................... 14 Ángulo de la punta (ε) ...........................................................................................

3.6.

.......................................................................................... 14 Ángulo de posición (κ) ...........................................................................................

3.7.

Ángulo de inclinación (λ) ...................................................................................... 15

4.

MAQUINADO DE LA HERRAMIENTA .................................................................. 15

5.

................................................. 19 APLICACIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO ..................................................

6.

............................................................................................... 20 ENSAYO DE DUREZA ................................................................................................

7.

................................................................................................... 21 PRUEBAS FINALES ....................................................................................................

IV.

........................................................................................................ 30 CONCLUSIONES .........................................................................................................

.............................................................................................................. 30 V. BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................................

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN – INGENIERÍA MECÁNICA


Contenido ....................................................................................................................... 2 OBJETIVOS ........................................................................................................................

I. II.

..................................................................................................... ............................................. 2 TEORÍA DE CORTE ........................................................

1.

.......................................................................................................... 2 INTRODUCCIÓN ...........................................................................................................

2.

TIPOS DE HERRAMIENTAS ...................................................................................... 2

3.

........................................................................................................................ 3 VIRUTAS .........................................................................................................................

4.

...................................................................................................... ............................................. 4 FLUIDO DE CORTE.........................................................

5.

............................................................................................ 4 VELOCIDAD DE CORTE .............................................................................................

6.

......................................................................................... 5 VELOCIDAD DE AVANCE ..........................................................................................

7.

TIEMPO DE TORNEADO ............................................................................................ 6

8.

............................................................................ ........ 6 FUERZA ESPECÍFICA DE CORTE....................................................................

9.

............................................................................................... 6 POTENCIA DE CORTE ................................................................................................

10.

SUPERFICIES Y ÁNGULOS DE ATAQUE ........................................................... 7

11.

........................................................................................... 8 TIPOS DE CUCHILLAS ............................................................................................

III.

PROCESO DE FABRICAC F ABRICACIÓN IÓN ................................................................................... 9

1.

SELECCIÓN DEL MATERIAL ................................................................................... 9

2.

CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL .................................................................. 10

3.

2.1.

.......................................................................................................... 10 Composición ...........................................................................................................

2.2.

Conformación en caliente ..................................................................................... 10

2.3.

Tratamiento térmico ............................................................................................. 10

............................................................................ 13 DISEÑO DE LA HERRAMIENTA .............................................................................

3.1.

Tamaño de los ángulos en las cuchillas ............................................................... 13

3.2.

Ángulo de filo (β) ................................................................................................... 13

3.3.

............................................................................................. ............................... 14 Ángulo de ataque (γ) ..............................................................

3.4.

Ángulo de incidencia (α) ....................................................................................... 14

3.5.

.......................................................................................... 14 Ángulo de la punta (ε) ...........................................................................................

3.6.

.......................................................................................... 14 Ángulo de posición (κ) ...........................................................................................

3.7.

Ángulo de inclinación (λ) ...................................................................................... 15

4.

MAQUINADO DE LA HERRAMIENTA .................................................................. 15

5.

................................................. 19 APLICACIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO ..................................................

6.

............................................................................................... 20 ENSAYO DE DUREZA ................................................................................................

7.

................................................................................................... 21 PRUEBAS FINALES ....................................................................................................

IV.

........................................................................................................ 30 CONCLUSIONES .........................................................................................................

.............................................................................................................. 30 V. BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................................



DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA CUCHILLA PARA TORNO I. OBJETIVOS 1. Estudiar y comprender más a fondo la teoría de corte. 2. Aplicar la teoría de corte en la fabricación de una cuchilla para torno. 3. Experimentar con la cuchilla “in situ”, y comprobar el funcionamiento de esta.

II.TEORÍA II.TEORÍA DE CORTE 1. INTRODUCCIÓN Maquinado es un proceso de manufactura en el que una Herramienta de Corte se utiliza para remover remover el el exceso exceso de material de una pieza pieza de forma que que el material que que quede quede tenga tenga la forma deseada. La acción principal de corte consiste en aplicar deformación en corte para formar la viruta y exponer la nueva superficie.

2. TIPOS DE HERRAMIENTAS 

Herramienta de torneado



Herramienta de frezado



Herramienta de taladrado



2.1. CLASIFICACION DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE 2.1.1. SEGÚN EL NÚMERO DE FILOS - De un filo - De doble filo o en hélice - De filos múltiples

2.1.2. SEGÚN EL TIPO DE MATERIAL QUE ESTAN FABRICADAS - Acero de herramientas (WS) - Aceros de herramientas aleados (SS) - Metales duros aleados (HS) - Diamantes - Cerámicos

3. VIRUTAS Una viruta es un fragmento de material residual con forma de lámina curvada o espiral que es extraído mediante un cepillo u otras herramientas.

Según las condiciones del maquinado y del material a trabajar resulta la viruta de varias formas: 





La viruta de elementos (viruta de cortadura) se obtiene al trabajar metales duros y poco dúctiles (por ejemplo, acero duro) con bajas velocidades de corte. La viruta escalonada se forma al trabajar aceros de la dureza media, aluminio y sus aleaciones con una velocidad media de corte: Esta representa una cinta con la superficie Lisa por el lado de la cuchilla y dentada por la parte exterior. La viruta fluida continua se obtiene al trabajar aceros blandos, cobre, plomo, estaño y algunos materiales plásticos con altas velocidades de corte. 3 UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN – INGENIERÍA MECÁNICA




La viruta fraccionada se forma al cortar materiales poco plásticos (hierro colado, bronce) y consta de trocitos separados

4. FLUIDO DE CORTE 

LUBRICANTES - Aceites Minerales - Aceites Animales - Aceites Vegetales



ELECCION DEL FLUIDO DE CORTE - Del material de la pieza en fabricar - Del material que constituye la herramienta - Según el método de trabajo

5. VELOCIDAD DE CORTE Es la velocidad lineal de la periferia de la pieza que está en contacto con la herramienta. La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de la profundidad de pasada, de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la herramienta. A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar las revoluciones por minuto que tendrá el cabezal del torno, según la siguiente fórmula: 4 UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN – INGENIERÍA MECÁNICA


=

 =

 ×  ×

×× 

Vc = Velocidad de corte (m/min) D = Diámetro (mm) n = Velocidad de giro (rpm)

Vc = Velocidad de corte (m/min) D = Diámetro (mm) n = Velocidad de giro (rpm)

6. VELOCIDAD DE AVANCE El avance o velocidad de avance en el torneado es la velocidad relativa entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de torneado.

=×

F = Velocidad de avance (mm/min) f = Velocidad de avance (mm/rev) n = Velocidad de giro (rpm)

6.1. EFECTOS DE LA VELOCIDAD DE AVANCE   

Decisiva para la formación de viruta Afecta al consumo de potencia Contribuye a la tensión mecánica y térmica

6.2. LA ELEVADA VELOCIDAD DE AVANCE DA LUGAR A:     

Buen control de viruta Menor tiempo de corte Menor desgaste de la herramienta Riesgo más alto de rotura de la herramienta Elevada rugosidad superficial del mecanizado.



6.3. LA VELOCIDAD DE AVANCE BAJA DA LUGAR A     

Viruta más larga Mejora de la calidad del mecanizado Desgaste acelerado de la herramienta Mayor duración del tiempo de mecanizado Mayor coste del mecanizado

7. TIEMPO DE TORNEADO Es el tiempo que tarda la herramienta en efectuar una pasada.

=

 

t = Tiempo de torneado (min) L = Longitud de pasada (mm) F = Velocidad de avance (mm/min)

8. FUERZA ESPECÍFICA DE CORTE La fuerza de corte es un parámetro necesario para poder calcular la potencia necesaria para efectuar un determinado mecanizado. Este parámetro está en función del avance de la herramienta, de la profundidad de pasada, de la velocidad de corte, de la maquinabilidad del material, de la dureza del material, de las características de la herramienta y del espesor medio de la viruta. Todos estos factores se engloban en un coeficiente denominado Kx. La fuerza específica de corte se expresa en N/mm 2.

9. POTENCIA DE CORTE La potencia de corte Pc necesaria para efectuar un determinado mecanizado se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza específica de corte y del rendimiento que tenga la máquina. Se expresa en kilovatios (kW). Esta fuerza específica de corte Fc, es una constante que se determina por el tipo de material que se está mecanizando, geometría de la herramienta, espesor de viruta, etc. Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene que dividirse por un determinado valor (ρ) que tiene en cuenta la eficiencia de la máquina. Este valor es el porcentaje de la potencia del motor que está disponible en la herramienta puesta en el husillo.



 =

 ×  ×  ×    ×   × 

Ne = Potencia de corte (KW) ρ = Profundidad de corte (mm)

f = Velocidad de avance (mm/rev) Vc = Velocidad de corte (m/min) Ks = Fuerza específica de corte (N/mm 2) η = Eficiencia

10. SUPERFICIES Y ÁNGULOS DE ATAQUE



11. TIPOS DE CUCHILLAS 1.- Cuchillas de torno rectas y curvas.

2.- Cuchillas de torno puntiaguda y ancha.



III. PROCESO DE FABRICACIÓN 1. SELECCIÓN DEL MATERIAL Se escogió como material de trabajo, el acero especial K100.

1.1. Aplicación 1.1.1.Herramientas de corte y estampado Principalmente matrices cortantes de gran rendimiento, en especial para cortes complicados, consecutivos e integrales, sobre todo para las industrias eléctrica y de herrajes, de hoja la te ría y cartonería, también para la industria relojera, cortes de dientes para sierras, rasquetas y herramientas de repasar para grandes series, herramientas de estampar sometidas a altas exigencias, cizallas de gran eficacia de corte para cortar chapas de hasta 4 mm de espesor, herramientas de desbarbar, cuchillas para la fabricación de puntas de París, etc.

1.1.2.Herramientas de virutaje Brochas, cuchillas para la fabricación de viruta de acero, herramientas altamente exigidas para la industria maderera, etc.

1.1.3.Herramientas sin virutaje Rodillos y peines para roscar, rodillos para pestañar y acanalar, estampas y matrices para fabricar tuercas en frío, herramientas de embutición y para prensar, útiles de extrusión y embutición profunda para trabajar aleaciones ligeras y acero, punzones troqueladores de moldes para resinas sintéticas, herramientas para moletear, hileras para alambre, hileras y machos de estirar tubos y perfiles, mandriles para laminar tubos de aceros en frío y a paso de peregrino, martillos reductores para la fabricación de agujas.

1.1.4.Herramientas y componentes resistentes al desgaste Herramientas de prensar para elaborar materiales cerámicos muy abrasivos, placas de moldes para la fabricación de ladrillos (también refractarios), herramientas de prensar para la industria farmacéutica, bujes guía para máquinas automáticas, suplementos de guías para rectificadoras sin puntas, poleas múltiples y anillos para máquinas trefiladoras de alambre, boquillas para arenadoras, herramientas para la industria sinterizadora.



1.1.5.Herramientas para trabajar en caliente Núcleos para mazos de martinete sometidos a solicitación elevada para la fabricación de guadañas y hoces, también para martinetes de alta velocidad para fraguar aceros duros o de alta aleación, además para pequeños cilindros laminadores de alta exigencia térmica, extremos de cilindros calibrados para laminar anillos, anillos para estirar en caliente, etc.

2. CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL 2.1. Composición Marca standard de los aceros ledeburíticos al 12% de cromo con mínima variabilidad de medidas.

2.2. Conformación en caliente 2.2.1. Forjado 1050 a 850°C Enfriamiento lento en el horno o en material termoaislante.

2.3. Tratamiento térmico 2.3.1. Recocido blando 800 - 850°C Enfriamiento lento y controlado en el horno 10-20°C/h, hasta 600°C, enfriamiento posterior al aire. Dureza después del recocido blando: Máx. 248 Brinell.

2.3.2. Recocido de eliminación de tensiones Aprox. 650°C Enfriamiento lento en el horno. Para disminuir la tensión después de un mecanizado extenso, o en herramientas complicadas. Tiempo de permanencia después del calentamiento a fondo: 1 - 2 horas en atmósfera neutra.



2.3.3. Templado 940 - 970°C Aceite, baño de sal de 220 a 250°C o 500 a 550°C, es posible un temple al aire o al aire comprimido hasta un espesor máximo de 25 mm en el límite superior de temperaturas de temple. Tiempo de permanencia después del calentamiento a fondo: 15 - 30 minutos. Dureza obtenible: 63 - 65 HRC.

2.3.4. Revenido Calentamiento lento hasta la temperatura de revenido inmediatamente después del temple / tiempo de permanencia en el horno: 1 hora por cada 20 mm de espesor de la pieza, pero como mínimo 2 horas / enfriamiento al aire. Los valores aproximados de la dureza alcanzable después del revenido figuran en el diagrama de revenido. En determinados casos puede resultar conveniente reducir la temperatura de revenido, prolongando el tiempo de permanencia.

Diagrama de revenido Temperatura de temple: ---------- 950ºC - - - - - - 1000ºC Sección de la probeta: Cuadrada 20 mm



Esquema de tratamiento térmico



3. DISEÑO DE LA HERRAMIENTA 3.1. Tamaño de los ángulos en las cuchillas

3.2. Ángulo de filo (β) Materiales blandos Materiales tenaces Materiales duros y frágiles

β = 40º a 50º β = 55º a 75º β = 75º a 85º

Las cuchillas de corte con ángulo de filo pequeño penetran fácilmente en el material pero con materiales duros también se rompen con facilidad.

El ángulo β escogido para nuestro material es:

β = 82º



3.3. Ángulo de ataque (γ) Influye en la formación de la viruta y en la fuerza de corte. Su magnitud va de +30º hasta -5º y depende del material de la pieza a mecanizar y del de la herramienta.

γ grande γ pequeño o negativo

Buena salida de la viruta, fuerza de corte pequeña. Fuerza de corte grande, gran resistencia de la cuchilla.

El ángulo γ escogido para nuestra cuchilla es:

γ = 8º 3.4. Ángulo de incidencia (α) Reduce la fricción entre la pieza y la herramienta: α = 5º a 12º. El ángulo “α” debe ser tanto mayor cuanto más blando y dúctil sea el material y cuanto

mayores sean el diámetro y el avance. Cuanto mayor sea “α” más basta será la superficie de corte.

El ángulo α escogido para nuestra cuchilla es:

α = 8º 3.5. Ángulo de la punta (ε) Cuanto mayor sea “ε”, mayor será el calor descargado, ya que también es mayor la

cantidad de material de la herramienta fuera de la zona de corte. Esto alarga la vida útil de la herramienta ya que cuanto menor sea la influencia del salor sobre el filo más lentamente s embotará.

Avance pequeño, hasta 1mm Avance grande, más de 1mm

ε = 90º ε > 90º

3.6. Ángulo de posición (κ) Influye en la distribución de las fuerzas de corte, en la forma de la viruta y en la vida útil de la herramienta. La magnitud de “κ” debe fija rse entre 30º y 90º.

Es conveniente κ = 45º 14 UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN – INGENIERÍA MECÁNICA


3.7. Ángulo de inclinación (λ) Se favorece el desprendimiento de la viruta y la duración de la herramienta cuando el filo está inclinado hacia la pieza a mecanizar. Con grandes cargas, grandes ángulos de inclinación.

λ = 0 ± 10º

4. MAQUINADO DE LA HERRAMIENTA a. Adquirimos una pieza de 6 pulg con un diámetro de 1.70 cm



b. Realizamos un trazo en un papel para tomar como referencia y marcar sobre la base de la pieza

c. Una vez marcada la pieza, se empieza a realizar el marcado de toda la parte exterior



d. Procedemos al lijado del material, sujetándola con una prensa de banco

e. Una vez realizado ello se procede a instalarlo en las mordazas del torno para el rectificado, para ello nos ayudaremos de dos apoyos para que detenga el material y la misma punta del torno y pondremos una plancha antes de ajustar con los dientes del torno para que no se pandee nuestra herramienta.



f. Una vez ajustado retiramos la punta y procedemos a hacerlo un acabado superficial de todas las caras y ello por supuesto se realiza a velocidades bajas.



g. Hacemos un chaflán en la parte trasera de nuestra herramienta y el resultado es este.

5. APLICACIÓN DEL TRATAMIENTO TÉRMICO



6. ENSAYO DE DUREZA a. Se le lleva a la maquina electrónica del laboratorio de materiales para sus respectivas pruebas de dureza rockwell a la herramienta antes del tratamiento térmico con Identador de diamante semiduro con una carga de 150 kgf.



b. Se le hace cuatro pruebas obteniéndose los siguientes resultados.

Prueba de dureza después del tratamiento térmico Numero de prueba Dureza rockwell (HRC) 1 58.5 2 56.6 3 56.9 4 59.1 7. PRUEBAS FINALES a. Prueba de la herramienta en bronce



b. Para que el maquinado no se realice a altas temperatura, se le agrega agua constantemente

c. Prueba de la herramienta en aluminio



d. Igualmente añadimos bastante agua para evitar el calentamiento de la herramienta



a. Velocidad de giro

RPM DESBASTE

R

O

D Vc

63,5 30

ACABADO mm m/min

D Vc

63,5 38

mm m/min

C

E

n

OI

D Vc U

M

NI

A

n

E

D Vc B

R

O

N

C

A

L

n

150,38 rpm Seleccionamos 140 rpm

63,5 61

mm m/min

305,78 rpm seleccionamos 290 rpm

63,5 24

mm m/min

120,31 rpm Sleccionamos 100 rpm

n

D Vc n

D Vc n


63,5 92

mm m/min


63,5 47

mm m/min




b. Velocidad de corte

VELOCIDAD DE CORTE DESBASTE

ACABADO

63,5 140

mm rpm

D n

63,5 200

mm rpm

A

Vc

27,93

m/min

Vc

39,90

m/min

OI

D n

63,5 290

mm rpm

D n

63,5 425

mm rpm

L

Vc

57,85

m/min

Vc

84,78

m/min

E

D n

63,5 100

mm rpm

D n

63,5 200

mm rpm

Vc

19,95

m/min

Vc

39,90

m/min

R

O

D n

B

R

O

N

C

A

U

M

NI

C

E



c. Velocidad de avance

VELOCIDAD DE AVANCE DESBASTE

ACABADO

0,25 140

mm/rev rpm

f n

0,15 200

mm/rev rpm

A

F

35,00

mm/min

F

30,00

mm/min

OI

f n

0,25 290

mm/rev rpm

f n

0,15 425

mm/rev rpm

L

F

72,50

mm/min

F

63,75

mm/min

E

f n

0,25 100

mm/rev rpm

f n

0,15 200

mm/rev rpm

F

25,00

mm/min

F

30,00

mm/min

R

O

f n

B

R

O

N

C

A

U

M

NI

C

E



d. Tiempo de torneado

TIEMPO DE TORNEADO DESBASTE

ACABADO

35 50

mm/min mm

F L

30 50

mm/min mm

A

t

1,43

min

t

1,67

min

OI

F L

72,5 50

mm/min mm

F L

63,75 50

mm/min mm

L

t

0,69

min

t

0,78

min

E

F L

25 50

mm/min mm

F L

30 50

mm/min mm

t

2,00

min

t

1,67

min

R

O

F L

B

R

O

N

C

A

U

M

NI

C

E



e. Fuerza específica de corte

FUERZA ESPECÍFICA DE CORTE DESBASTE

Ks

ACERO 2600

Ks

ALUMINIO 760

Ks

BRONCE 2450

ACABADO

N/mm2

N/mm2

N/mm2

Ks

Ks

Ks

ACERO 3500

N/mm2

ALUMINIO 1050 N/mm2

BRONCE 3400

N/mm2



f. Potencia de corte p = 3 mm η = 75 %

POTENCIA DE CORTE DESBASTE

Ne Ne

ACERO 1,21 1,62

Ne Ne

ALUMINIO 0,73 0,98

Ne Ne

BRONCE 0,81 1,09

ACABADO

KW HP

KW HP

KW HP

Ne Ne

ACERO 1,40 1,87

KW HP

Ne Ne

ALUMINIO 0,89 1,19

KW HP

Ne Ne

BRONCE 1,97 1,82

KW HP


Diseño y Fabricación de Una Cuchilla Para Tornear

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