apuntes herramientas

Mecanizado de precisión-taller 4º año Eber Yunez-Walther Garcia

Herramientas de Torno Materiales de las herramientas de corte y f luidos para el corte. Ángulos, filos y fuerzas en las herramientas de corte, recomendaciones recomendaciones para elaborar un buril Clasificación de las herramientas de corte Las herramientas se pueden clasific ar de diferentes maneras, las más comunes responden al número de filos, el material del que están fabricadas, al tipo de movimiento que efectúa la herramienta, al tipo de viruta generada o al tipo de máquina en la que se utili za. A continuación se presenta un ejemplo de algunas herramientas y como pueden ser agrupadas para su clasificación. Ejemplo de diferentes clasificaciones

a. De un filo, como los buriles de cort e de los tornos o cepillos. DE ACUERSO AL NÚMERO DE b. De doble filo en hélice, como l as brocas utilizadas para los taladros. FILOS c. De filos múltiples, como las fresas WS. Acero de herramientas no aleado. 0.5 a 1.5% de contenido de carbón. Soportan sin deformación o pérdida de filo 250°C. También se les conoce como acero al carbono. SS. Aceros de herramienta aleados con w olframio, cromo, vanadio, molibdeno y otros. Soporta hasta 600°C. También se l es conoce como aceros rápidos.

DE ACUERDO AL TIPO DE HS. Metales duros aleados con cobalto, carburo de carbono, tungsteno, MATERIAL CON wolframio y molibdeno. Son pequeñas plaquitas que se unen a metales corrientes QUE ESTÁN para que los soporten. Soportan hasta 900°C. FABRICADAS Diamante. Material natural que soporta hasta 1800°C. Se utiliza como punta de algunas barrenas o como polvo pol vo abrasivo. Materiales cerámicos. Se aplica en herramientas de arcilla que soportan hasta 1500°C. Por lo regular se utilizan para acabado POR EL TIPO Fijo. La herramienta se encuentra fija mientras el material a trabajar se incrusta DE debido a su movimiento. Por ejemplo los tornos, en los que la pieza gira y la MOVIMIENTO herramienta está relativamente fija desprendiendo viruta. DE CORTE Contra el material. La herramienta se mueve en contra del material, mientras este se encuentra relativamente fijo, como en los c epillos. En contra dirección. La herramienta y el material se mueven un en contra una del otro, como en el esmerilado sobre torno. POR EL TIPO Viruta continua, en forma de espiral. DE VIRUTA QUE En forma de coma. GENERA Polvo sin forma definida. POR EL TIPO 1. Torno DE MÁQUINA 2. Taladro EN LA QUE SE 3. Fresa UTILIZA 4. Cepillo 5. Broca

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Útiles para el torno

Conocidos como buriles o cuchillas de corte, los que pueden estar ubicados en torres, puente s de sujeción o fijadores múltiples. También pueden estar fabricadas de un material barato y tener una pastilla de material de alta c alidad. Los buriles se pueden clasificar de acuerdo a su uso, los principales son: Útiles de desbaste: rectos: derechos e izquierdos curvos: derechos y curvos Útiles de afinado: puntiagudos y cuadrados Útiles de corte lateral derecho e izquierdos Útiles de forma: corte o tronzado, forma curva, de roscar de desbaste interior Corte de metales y características de herramientas

Clasificación de las herramientas de corte Materiales de las herramientas de corte y f luidos para corte Ángulos, filos y fuerzas en las herramientas de corte, y recomendaciones para elaborar un buril Materiales para herramientas de corte

Los materiales duros se han usado para c ortar o deformar otros metales durante miles de años. Sin embargo, en los últimos 150 años se han inventado o desarrollado mejores materiales. Por lo general, a medida de que se descubrieron mejores materiales, se construyeron máquinas herramientas más grandes y potentes con las que se pudo producir piezas con mayor rapidez y economía. 1. Aceros al alto carbón Los aceros al alto carbón o carbono, se han usado desde hac e mucho tiempo y se siguen usando para operaciones de maquinado de baja velocidad o para algunas herramientas de corte para madera y plásticos. Son rel ativamente baratos y de fácil tratamiento térmico, pero no resisten usos rudos o temperaturas mayores de 350 a 400 °C . Con acero al alto carbono se hacen machuelos, terrajas, rimas de mano y otras herramientas semejantes. Los aceros de esta categoría se endurecen calentándolos arriba de la temperatura crítica, enfriándolos en agua o aceite, y templándolos según se necesite. Cuando se templan a 325 °F la dureza puede llegar hasta 62-65 Rockwell C. Las herramientas de cort e de acero al alto carbón se nitruran con frecuencia a temperaturas que van de 930 a 1000 °F (500-540 °C) para aumentar la resistencia al desgaste de l as superficies de corte, y reducir su deterioro. Nótese que las herramientas de corte de acero al alto carbón endurecido deben mantenerse frías mientras se afilan. Si aparece un color azul en la parte que se afila, es probable que se haya reblandecido la herramienta y el filo no soporte la fuerza que se genera en el corte.

2. Acero de alta velocidad La adición de grandes cantidades de Tungsteno hasta del18%, a los aceros al carbono les permite conservar su dureza a mayores temperaturas que los aceros simples al carbón, a estos aceros con aleación de menor del 20% de Tungsteno se les conoce como aceros de alta velocidad. Estas herramientas mant ienen su filo a temperaturas hasta de 1000 a 1100 °F (540590°C), lo que permite duplicar, en algunos casos, su velocidad de corte. También aumentan la duración y los tiempos de afilado, con todas estas ventajas se logró el desarrollo de máquinas herramientas más poderosas y rápidas, lo que generó mayor productividad. El acero Básico 1841 (T-1) contiene el 10. 5% de tungsteno, 4.1% de cromo, 1.1% de vanadio, de 0.7 a 0.8 % de carbono, 0.3 % de manganeso, 0.3% de silicio y el resto de hierro. Se han desarrollado variantes de esta aleación, las cuales tienen cobalto y de 0.7 a 0.8 % de molibdeno. Al aumentar el contenido de vanadio al 5%, se mejora la resistencia al desgaste. Los aceros de afta velocidad al tungsteno tienen hasta 12%, 10% de cobalto, en ese caso se llaman aceros de súper alta velocidad o aceros de alta velocidad al cobalto, porque aumenta la resistencia al calor.

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Los aceros de alta velocidad al molibdeno contienen tan solo de 1.5 a 6.5 % de tungsteno, pero tienen de 8 a 9 % de molibdeno, 4 % de cromo y 1.1 % de vanadio, junto con 0.3% de silicio e igual cantidad de manganeso, y 0.8% de carbón. Los aceros de alta velocidad al molibdeno tungsteno, que también se conocen como aceros 55-2, 86-3 y 66-4, contienen aproximadamente 6 % de molibdeno, 6 % de tungsteno y vanadio en proporciones que van del 2 al 4 %, aproximadamente. Los aceros de alta velocidad se usan para herramientas de corte de aplicación a materiales tanto metálicos como no metálicos. 3. Aleaciones coladas El término aleación colada o fundida se refi ere a materiales constituidos por un 50% de cobalto, 30% de cromo, 18% de tungsteno y 2% de carbono. Las proporciones de esos metales no ferrosos varía, pero el cobalto es el material dominante y las herramientas hechas de estas aleaciones, con frecuencia se les llam a "Stellite", permanecen duras hasta 1500 °F. Su dureza aproximada es 60 a 62 Rockwell C. Estas herramientas se funden y moldean a su forma. Por su capacidad de resistir calor y abrasión, las aleaciones coladas se usan para ciertas partes de motores y turbinas de ga s, y para herramientas de corte. También son muy resistentes a la corrosión y permanecen tenaces ha sta 1500 °F (815 °C), pero son más frágiles que los aceros de afta velocidad. También se les conoce como herramientas de carburo sintetizado, son capaces de trabajar a velocidades de corte hasta tres veces las del acero de alta velocidad. El ingrediente principal es el polvo de carburo de tungsteno, que se compone del 95 % de tungsteno y 55 de carbono finamente pulverizados. Estos dos materiales se cali entan y se combinan, formando partículas extremadamente duras de carbono y tungsteno. Este carburo se mezcla con un 5 a 10 % de cobalto en polvo, que funciona como aglomerante, y una pequeña cantidad de parafina. La mezcla a la que también se l e puede agregar un poco de carburo de titanio para variar las características de l a herramienta. La herramienta se presinteriza calentándola a 1500 °F para quemar la cera. A continuación se sinteriza a 25002600 °F. En este punto el cobalto se funde y funciona como aglomerante f ormando una matriz que rodea las partículas de carburo, que no se funden. La cantidad de cobalto que se usa para aglomerar los carburos afecta la tenacidad y resistencia al choque, pero no san tan duras. Las herramientas de carburo se dividen en dos categorías principales. Una de ellas se compone de las de carburo de tungsteno simple que son duras y tienen buena resistencia al desgaste. Son las más adecuadas para maquinar hierro colado, metales no f errosos y algunos materiales no metálicos abrasivos. Los tipos más duros de carburos también se pueden emplear para dados de herramientas y otras aplicaciones en las que sea importante la resistencia al desgaste y los choques impuestos sean pequeños. La segunda categoría (clase 58) comprende las combinaciones de carburo de Tungsteno y de titanio. Esos carburos se usan por lo general para maquinar acero, son resistentes a despostillamiento (despostillar), que es un problema serio cuando se usa carburo de tungsteno para maquinar acero. 4. Herramientas de cerámica Las herramientas de cerámica para corte se fabrican con polvo de óxido de al uminio, compactado y sintetizado en formas de insertos triangulares, cuadrados o rectangulares. Se pueden sintetizar sin aglomerante o con pequeñas cantidades de algún vidrio. Se han estado usando durante tan solo de 30 a 35 años y no se pueden emplear con eficacia en máquinas herramientas de baja potencia. Se necesitan máquinas muy rígidas y de gran pot encia para aprovechar la resistencia al calor dureza de estos materiales.

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Las herramientas de cerámica son muy duras, y son químicamente Inertes, pero son más frágiles o quebradizas que los carburos u ot ros materiales. Los Insertos de cerámica para herramienta se pueden fabricar con los mét odos de prensado en frío o prensado en caliente, las herramientas prensadas en frío se com pactan a una presión de 40,000 a 50,000 psi y a continuación se sintetizan a temperaturas de 2000 a 3000 °F (1,100 a 1,650 °C). Los insertos de cerámica prensados en calient e se sintetizan estando a presión, y son más den sos. La resistencia a la compresión de l as herramientas de cerámica es muy alta, y tienen baja conductividad térmica. Como son bastante frágiles, deben estar muy bien soportadas en portaherramientas, porque se pueden romper o dañar con facilidad si la máquina vibra. Las herramientas de cerámica son muy resistentes al desgaste, y en la máquina adecuada se pueden trabajar al doble de l a velocidad de corte que las en las m áquinas con herramientas de carburo. En algunos casos, hasta se pueden trabajar a mayores velocidades. Las herramientas de cerámica no se deben utilizar para cortes interrumpidos. En los últimos años los diamantes se han usado más como herramientas de corte de punta, son particularmente eficaces cuando se usan con alto contenido de silicio. Un ejemplo de la utilización eficaz de los diamantes es la producción en masa de los pistones para automotores, con ello se ha logrado aumentar notablemente la cantidad de piezas fabricadas con grandes tolerancias de control. Aunque los diamantes como herramientas son caros la producción masiva y su alto grado de precisión los justifica. Una condición grave es cuando se provoca el choque térmico al introducir bruscamente la herramienta en líquidos enfriados después de elevar su temperatura durante el afilado. Fluidos de corte Durante el proceso de maquinado se genera fricción y con ello calor, lo que puede dañar a los materiales de las herramientas de corte por lo que es recomendable utilizar fluidos que disminuyan la temperatura de las herramientas. Con la aplicación adecuada de los fl uidos de corte se disminuye la fricción y la temperatura de corte con lo que se logran las siguientes Ventajas económicas 1. 2. 3. 4. 5.

Reducción de costos Aumento de velocidad de producción Reducción de costos de mano de obra Reducción de costos de potencia y energía Aumento en la calidad de acabado de las piezas producidas

Características de los líquidos para corte 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Buena capacidad de enfriamiento Buena capacidad lubricante Resistencia a la herrumbre Estabilidad (larga duración sin descomponerse) Resistencia al enranciamiento No tóxico Transparente (permite al operario ver lo que está haciendo) Viscosidad relativa baja (permite que los cuerpos extraños la sedimentación) No inflamable

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Fluidos más comunes para corte Fluido

Características

Aceite Activo para corte

y y y

Aceites minerales sulfurados (0.5 a 0.8% de S) Aceites minerales sulfoclorinados (3% S y 1% Cl Mezclas de aceites grasos sulfoclorinados (más del 8% de S y 1% Cl)

Aceites de corte inactivos (no se descomponen)

y y y y

Aceites minerales simples Aceites grasos o animales Mezclas de aceites animales y mi nerales Mezclas de aceites animales y minerales sulfurados

Aceites emulsificantes (solubles) Fluidos sintéticos para el corte

Aceites minerales solubles al agua. Contienen un material parecido al jabón que permite la dilución en el agua se agregan de los concentrados de 1 a 5 partes de concentrado por cada 100 partes de agua. Emulsiones estables que contienen un poco de aceite y se mezclan con facilidad con el agua. Existen varios tipos de fluidos sintéticos para corte, los mejores son aquellos conocidos como de alta precisión y funcionan con reacciones químicas de acuerdo con el material que estén enfriando.

Ángulos, filos y fuerzas

El corte de los metales se logra por medio de herramientas con la forma adecuada. Una herramienta sin los filos o ángulos bien seleccionados ocasionará gastos excesivos y pérdida de tiempo. En casi todas las herramientas de corte existen de manera definida: superficies, ángulos y filos. Las superficies de los útiles de las herrami entas son: Superficie de ataque. Parte por la que la viruta sale de la herramienta. Superficie de incidencia. Es la cara del útil que se dirige en contra de la superficie de corte de la pieza. Los ángulos son: Ángulo de incidencia E (alfa). Es el que se forma con la t angente de la pieza y la superficie de incidencia del útil. Sirve para disminuir la fricción entre la pieza y la herramienta. Ángulo de filo F (beta). Es el que se forma con las superfi cies de incidencia y ataque del útil. Establece qué tan punzante es la herramienta y al mismo tiempo que t an débil es. Ángulo de ataque K (gama). Es el ángulo que se forma entre la lí nea radial de la pieza y la superficie de ataque del útil. Sirve para el desalojo de la viruta, por lo que tambi én disminuye la fricción de esta con la herramienta. Ángulo de corte H (delta). Es el formado por la tangente de la pieza y la superficie de ataque del útil. Define el ángulo de la fuerza resultante que actúa sobre el buril. Ángulo de punta I (epsilon). Se forma en la punta del útil por lo regular por el filo primario y el secundario. Permite definir el ancho de la viruta obtenida. Ángulo de posición G (xi). Se obtiene por el filo principal del la herramienta y el eje de simetría de la pieza. Aumenta o disminuye la acción del filo principal de la herramienta. Ángulo de posición P (lamda). Es el que se forma con el eje de la herramienta y la radi al de la pieza. Permite dar inclinación a la herramienta con respecto de la pieza. Filos de la herramienta : Filo principal. Es el que se encuentra en c ontacto con la superficie desbastada y trabajada. Filo secundario. Por lo regular se encuentra junt o al filo primario y se utiliza para evitar la fricción de la herramienta con la pieza.

La suma de los ángulos alf a, beta y gama siempre es igual a 90°

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Para la definición de los valores de los ángulos se han establecido tablas producto de la experimentación. A continuación se muestra una tabla de los ángulos alfa, beta y gama. Aceros rápidos Alfa

Beta

Materiales trabajar

Gama

8 8 8 8 8 8 8 8

68 72 68 72 72 82 64 82

14 10 14 10 10 0 18 0

12 12

48 64

30 14

8 12

76 64

6 14

12

68

10

Metales duros

Material 2

Acero sin alear hasta 70 kg/mm Acero moldeado 50 kg/mm Acero aleado hasta 85 kg/mm Acero aleado hasta 100 kg/mm Fundición maleable Fundición gris Cobre Latón ordinario, latón rojo, fundición de bronce Aluminio puro Aleaciones de alumnio para fundir y forjar Aleaciones de magnesio Materiales prensados aislantes (novotex baquelita) Goma dura, papel duro Porcelana

Alfa

Beta

Gama

5 5 5 5 5 5 6 5

75 79 75 77 75 85 64 79

10 6 10 8 10 0 18 6

12 12

48 60

30 18

5 12

79 64

6 14

12 5

68 85

10 0

Las fuerzas que actúan en una herramienta de corte

De manera simplificada se puede decir que actúan en una herramienta tres fuerzas: Fuerza radial, Fr. Se origina por la acción de la penetración de la herramienta para generar el corte y como su nombre lo señala actúa en el eje radial de l a pieza. Fuera longitudinal, Fl. Es la que se produce por el avance de la herramienta y su actuación es sobre el eje longitudinal de la pi eza. Fuerza tangencial, Ft. Es la fuerza más importante en el corte y se produce por la acción de la pieza sobre la herramienta en la tangente de la pieza. La contribución de la tres fuerzas como componentes de las resultante total es: Fr = 6%

Fl = 27%

Ft = 67%

Producto de acción de las tres f uerzas de corte se tiene una resultante que es la que deberá soportar la herramienta. Se debe tener en consideración que como las fuerzas son cantidades vectoriales es muy importante su magnitud, dirección, posición y punto de apoyo. Recomendaciones básicas para el afilado de una herramienta a mano

1. Empleo de un esmeril con grano grueso para el desbaste y grano fino para el acabado, consulte esmeriles recomendados en "métodos de af ilado" 2. Empleo de las velocidades de rotación establecidas para cada tipo de esmeril. 3. Comprobación de que el esmeril gire en contra del borde de la herramienta.

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4. Evite sobrecalentamientos durante el afilado y aplicar una presión moderada de esmerilado. 5. Evite el esmerilado cóncavo. Es ventajoso usar esmeriles de taza o de copa para esta operación. 6. Mantener los esmeriles limpios reavivándolos frecuentemente. 7. Evite choques térmicos. 8. El afilado del útil en el esmeril tiene que ser con firmeza pero con cierta sensibilidad, esto permitirá establecer superficies homogéneas, esto significa que no deben aparecer en dichas superficies distintos planos, y las aristas de encuentro (filos) deben ser bien determinadas de manera tal que al hacer contacto con el material a trabajar este se desprenda con cierta facilidad. Al momento de afilar i verificando permanente los distintos ángulos según se indica en l a figura. Aceros al carbono o ligeramente aleados : Se emplean para herramientas que no

superen

los 150-200°C. Ej: machos, terrajas, cortafríos, punzones, etc. Aceros rápidos comunes : 18% de W, 4% de Cry 1 de Va. Aceros extra rápidos : a los anteriores se les añade de 4 a 12% de Co. Stellitay derivados : aleaciones de Fe, C, W, de gran dureza. Plaquetas de metal duro (carburos) : 75-85% de W, 6-12% de Co, 4-8% de Cr, 2-8% de Ta, 2-10% de Ti y 5-10 de C Plaquetas de material cerámico : 90-95% de Alúmina (óxidos de aluminio) y de ó xidos de Si, Mn, Cr. Diamante: Son los más duros y resistentes a las al tas temperaturas pero son muy frágiles.

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Significado de los ángulos de la herramienta

Angulo de filo b: Un ángulo mas agudo tiene mejor penetración pero es menos resistente con materiales mas duros y además evacua menos calor. Angulo de incidencia : Disminuye la f ricción entre la superficie de incidencia y la de corte. Angulo de ataque : Mientras más grande es facilita el arranque de viruta. Tener en cuenta que  +  + = 90°y se modifico uno se me modifican los demás

OTRAS HERRAMIENTAS PARA EL TORNEADO

Brocas de centrado de acero rápido.

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OPER ACIONES DE TORNE ADO

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BROC AS

Hay que esmerilar de manera i gual las dos caras de la punta de una broca espiral. La punta para perforar piezas de metal debe tener un ángulo de 118° y l a punta para perforar piezas de madera debe tener un ángulo de 82°. Nótese el ángulo de cl aro de 12° establecido por una esmeriladora

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El diámetro en la punta es > que en la cola para evitar fricción

.

El espesor del alma es > en la cola que en la punta

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