MÓDULO MÁQUINAS HERRAMIENTAS

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MÓDULO MÁQUINAS HERRAMIENTAS - slide pdf.c om

JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA

MÁQUINAS HERRAMIENTAS

1.

UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS ......................... 1.1 Clasificación de Las Máquinas Herramientas ...............................................................

1.2 Características Técnicas de las Máquinas Herramientas .............................................

1.3 Conceptos del Mecanizado...........................................................................................

1.4 Diseño y Manufactura ...................................................................................................

1.5 Evaluación ....................................................................................................................

2.

UNIDAD 2: TEORÍA DEL MAQUINADO DE METALES ..............................................

2.1 Teoría de la formación de viruta ................................................................................... 2.2 Relaciones de fuerza y Ecuación de Merchant .............................................................

2.3 Relación entre potencia y energía de maquinado .........................................................

2.4 Temperatura de corte ...................................................................................................

2.5 Evaluación ....................................................................................................................

3.

UNIDAD 3:TECNOLOGÍA DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE .............................

3.1 Vida de las herramientas ..............................................................................................

3.2 Materiales para herramientas ....................................................................................... 3.3 Geometría de las herramientas ....................................................................................

3.4 Fluidos para corte .........................................................................................................

3.5 Evaluación ....................................................................................................................

JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]

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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA 4.

UNIDAD 4:OPERACIONES DE MAQUINADO ............................................................

4.1 Torneado y operaciones afines .....................................................................................

4.2 Taladrado y operaciones afines ....................................................................................

4.3 Fresado.........................................................................................................................

4.4 Centros de maquinado ..................................................................................................

4.5 Evaluación ....................................................................................................................



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1. UNIDAD 1: INTRODUCCIÓN A LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS

Las Máquinas Herramientas se las puede definir como máquinas estacionarias que se utiliza para dar forma o modelar materiales sólidos, en especial a los materiales metálicos. El modelado se consigue eliminando parte del material de la pieza o estampándola con una forma determinada. Son la base de la industria moderna y se utilizan directa o indirectamente para fabricar piezas de máquinas y herramientas. Estas máquinas pueden clasificarse en tres categorías: máquinas desbastadoras convencionales, prensas y máquinas herramientas especiales. Las máquinas desbastadoras convencionales dan forma a la pieza cortando la parte no deseada del material y produciendo virutas. Las prensas utilizan diversos métodos de modelado, como cizallamiento, prensado o estirado. Las máquinas herramientas especiales utilizan la energía luminosa, eléctrica, química o sonora, gases a altas temperaturas y haces de partículas de alta energía para dar forma a materiales especiales y aleaciones utilizadas en la tecnología moderna. Para entender el maquinado se lo podría definir como un proceso de manufactura en el cual se usa una herramienta de corte, para remover el exceso de material de una parte de trabajo, de manera tal que, el material sobrante es la forma deseada. En el maquinado la característica, de mayor relevancia es la formación de viruta, gracias al corte el cual genera una deformación cortante sobre el material de trabajo; al removerse la viruta queda expuesta una nueva superficie. El maquinado se aplica generalmente a los metales aunque también es frecuentemente en los polímeros sintéticos. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA El maquinado es uno de los procesos de manufactura de gran importancia. De esta forma se puede decir que parte de la Revolución Industrial y el desarrollo económico de muchos países tuvo su asidero en varias de las operaciones de maquinado. En resumen la importancia del 



maquinado radica en las siguientes razones. El maquinado es aplicado en una amplia variedad de materiales de trabajo. Prácticamente todos los metales sólidos se pueden maquinar. Los plásticos y los y los compuestos plásticos se pueden cortar por maquinado. Los materiales cerámicos presentan dificultad para el maquinado debido a su alta dureza y fragilidad. El maquinado es usado para generar cualquiera forma geométrica regular, como superficies planas, agujeros redondos y cilindros. Combinando varias operaciones de maquinado se pueden producir



formar complejas y de variedad ilimitada. El maquinado puede producir dimensiones con tolerancias muy estrechas de menos de 0.025 mm y con gran precisión.



El maquinado es capaz de dar acabados superficiales muy tersos, que pueden llegar a ser mejores que 0,4μm.

1.1 Clasificación de Las Máquinas Herramientas Las máquinas herramientas se clasifican, fundamentalmente, en dos grupos: Máquinas herramientas que trabajan por arranque de material Máquinas herramientas que trabajan por deformación . En estos dos grupos de clasificaciones, se los define a continuación para estudiar sus subdivisiones: MÁQUINAS HERRAMIENTAS CON ARRANQUE DE MATERIAL Arranque de grandes porciones de material:

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- Cizalla. - Tijera. - Guillotina. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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Arranque de pequeñas porciones de material:

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- Tornos. Tornos revólver y automáticos. Tornos especiales. -- Fresadoras. Mandriladoras y mandriladoras fresadoras. - Taladros. - Máquinas para la fabricación de engranes. - Roscadoras. - Cepilladoras, limadoras y mortajas. - Brochadoras. - Centros de mecanizado (con almacén y cambio automático de herramienta). - Máquinas de serrar y tronzadoras. - Unidades de mecanizado y máquinas especiales. Arranque de finas porciones de material:



- Rectificadoras. - Pulidoras, esmeriladoras y rebarbadoras. - Máquinas de rodar y lapeadoras. - Máquinas de mecanizado por procesos físico-químicos (lá ser,…). MÁQUINAS HERRAMIENTAS POR DEFORMACIÓN DEL MATERIAL - Prensas Máquinasmecánicas, para forjar.hidráulicas y neumáticas. - Máquinas para el trabajo de chapas y bandas. - Máquinas para el trabajo de barras y perfiles. - Máquinas para el trabajo de tubos. - Máquinas para el trabajo del alambre. - Máquinas para fabricar tornillos, tuercas y remaches. Si se considera que una máquina de máquina-herramienta es aquella máquina compuesta que transmite trabajo y arranca viruta, entonces se la diferencia de: -

Las máquinas compuestas que transmiten fuerza (térmicas, hidráulicas, eléctricas).

-

Las máquinas que realizando trabajo no arrancan viruta (corte, estampación, compresión)



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Fig.1

1.2 Características Técnicas de las Máquinas Herramientas Las características técnicas de una máquina herramienta indican, de una forma simple, los elementos de la máquina en cuestión, así como sus posibilidades de trabajo. Dichas características permiten conocer rápidamente las prestaciones y la capacidad de la máquina. Las características técnicas de una máquina-herramienta pueden clasificarse en: CARACTERÍSTICAS GENERALES: Se refieren a la clase de máquina, mando de la misma, naturaleza de los mecanismos principales, forma geométrica de los órganos másicos principales, etc. CARACTERÍSTICAS DE CAPACIDAD: Se refieren a las distancias entre elementos que definen las dimensiones máximas de las piezas a montar. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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CARACTERÍSTICAS DE TRABAJO: Se refieren a las posibilidades de potencias, velocidades, etc. TALADRO DE BANCO

Fig. 2

Es una máquina-herramienta donde el movimiento de corte, que es circular, corresponde a la herramienta (broca). El movimiento de avance, que es rectilíneo, también corresponde a la herramienta. La pieza, se mantiene en reposo sobre la mesa de la taladradora. Esta máquina es adecuada para efectuar agujeros (taladros) cilíndricos en piezas macizas o agrandar agujeros ya existentes, obtenidos bien por taladrados anteriores o por otros procedimientos (forja, fundición, etc.). La taladradora, como máquina-herramienta, se compone de: ÓRGANOS MÁSICOS:



-

Cabezal

-

Bancada JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA -

Montante o columna

-

Mesa MECANISMOS:



-

Motor

-

Caja de cambios de velocidades de giro del husillo

-

Caja de cambios de velocidades de avance del husillo -

Husillo

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA TALADRO DE BANCO.

Fig. 3 Características generales:



Clase de taladradora: de columna. Naturaleza del cabezal: de cono de poleas. Columna: cilíndrica. Características de capacidad:



Capacidad de taladrado (diámetro máximo de taladrado). Distancia del husillo a la mesa. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Características de trabajo:

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Potencia del motor. Gama de velocidades de giro del husillo porta-brocas. Gama de velocidades de avance del husillo. EL TORNO PARALELO

Fig. 4

Es una máquina-herramienta donde el movimiento de corte, que es circular, corresponde a la pieza. La herramienta (cuchilla), que posee el movimiento de avance, se desplaza, siguiendo una trayectoria que va generando la superficie de la pieza, lo que le permite obtener piezas de revolución, como: - Cilindros -

Conos JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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Esferas

-

Roscas Se llama le torno paralelo porque la disposición carro principal sobre la bancada permite mecanizar superficies condelgeneratrices paralelas al eje de rotación de la pieza. El torno, como máquina-herramienta, se compone de:

ÓRGANOS MÁSICOS:



- Cabezal - Bancada - Contrapunto o contracabezal - Carros: principal, transversal y orientable. -

MECANISMOS:



-

Motor

-

Caja de cambios de velocidades de giro

-

Caja de cambios de velocidades de avance

-

Inversor

-

Lira

-

Eje de cilindrar

-

Eje de roscar

EJES DE MOVIMIENTO EN EL TORNO PARALELO. Eje Z de movimiento: JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA El movimiento según el eje Z es el que corresponde con la dirección del husillo principal, que es el que proporciona la potencia de corte, y es paralelo a las guías de la bancada. Eje X de movimiento: El eje X es radial, perpendicular al eje Z y paralelo a las guías del carro transversal.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL TORNO PARALELO. Características generales:

•

-

Clase de torno: Torno paralelo.

-

Naturaleza del cabezal: de cono de poleas.

-

Forma de la bancada: de guías prismáticas. Características de capacidad:

•

-

Altura del eje de giro sobre la bancada.

-

Longitud máxima de pieza que se puede tornear.

-

Diámetro máximo de pieza que se puede tornear. Características de trabajo:

•

-

Potencia del motor.

-

Gama de velocidades de giro del eje principal.

-

Gama de velocidades de avance del carro longitudinal y del transversal.

-

Dimensiones del cuerpo de la herramienta a montar sobre el portaherramientas. LA FRESADORA. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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Fig. 5 Es una máquina-herramienta donde el movimiento de corte, que es circular, corresponde a la herramienta (fresa). La pieza, que posee el movimiento de avance, se puede desplazar en varios sentidos, siguiendo diversas trayectorias, lo que le permite obtener piezas de las más variadas formas geométricas, como: -

Piezas poliprismáticas

-

Piezas ranuradas y taladradas

-

Engranajes

-

Levas helicoidales y espiroidales La fresadora, como máquina-herramienta, se compone de: ÓRGANOS MÁSICOS:

•

-

Cabezal

-

Bancada

-

Ménsula

-

Carro portamesa

-

Mesa



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA MECANISMOS:

•

-

Motor

-

Caja de cambios de velocidades de giro del husillo Caja de cambios de velocidades de avance de la mesa,

-

el carro y la ménsula

-

Eje de transmisión de avances -

Husillo telescópico de la ménsula

EJES DE MOVIMIENTO EN LA FRESADORA Eje Z de movimiento: En este eje, que es el que posee la potencia de corte, va montada la herramienta cortante y puede adoptar distintas posiciones según las posibilidades del cabezal. Eje X de movimiento: Este eje es horizontal y paralelo a la superficie de sujeción de la pieza. Eje Y de movimiento:

Este eje forma con los ejes Z y X un triedro de sentido directo CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA FRESADORA.

Características generales:

•

-

Clase de fresadora: vertical, horizontal, universal, etc.

-

Naturaleza del cabezal: bi- rotativo

-

Columna: de guías rectangulares. Características de capacidad:

•

-

Superficie útil de la mesa.

-

Curso longitudinal de la mesa. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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Curso transversal del carro.

-

Curso vertical de la ménsula.

-

Conicidad normalizada del eje porta-fresas. Características de trabajo:

•

-

Potencia de los motores.

-

Gama de velocidades de giro del eje principal. Gama de velocidades de avance: longitudinal, transversal y vertical. -

LA RECTIFICADORA UNIVERSAL

Fig. 6 Es una máquina-herramienta donde el movimiento de corte, que es circular, corresponde a la herramienta (muela abrasiva). La pieza, que también está animada de un movimiento de rotación, posee el movimiento de avance y se desplaza siguiendo una trayectoria que le permite acabar piezas de revolución. Es una máquina-herramienta indicada para eliminar, por abrasión, pequeños espesores de material en aquellas piezas previamente JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA mecanizadas en otras máquinas-herramientas y que tienen unas características de dureza, dimensiones o estado superficial, que no es posible terminar por arranque de viruta con herramientas de corte. La rectificadora universal, como máquina-herramienta, se compone de: ÓRGANOS MÁSICOS:



-

Bancada

-

Mesa

-

Cabezal portapiezas

-

Contrapunto

-

Cabezal portamuela MECANISMOS:



-

Motor correspondiente al portamuelas

-

Motor correspondiente al portapiezas

-

Poleas escalonadas

-

Equipo hidráulico para el movimiento automático de la mesa

EJES DE MOVIMIENTO EN LA RECTIFICADORA UNIVERSAL Eje X de movimiento: Corresponde al eje donde va montada la muela. Eje Z de movimiento: Corresponde al desplazamiento longitudinal de la mesa. Es horizontal y paralelo a la superficie de sujeción de la pieza y también al eje que proporciona la potencia de corte a la muela. CARACTERÍSTICAS UNIVERSAL

TÉCNICAS

DE

LA

RECTIFICADORA



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Características generales:

•

-

Clase de rectificadora: universal.

-

Naturaleza del cabezal portamuela: giratorio y desplazable. Naturaleza del cabezal portapiezas: orientable. Características de capacidad:



-

Longitud máxima de pieza a rectificar en la máquina.

-

Diámetro máximo de pieza a rectificar en la máquina.

-

Dimensiones máximas de la muela.

Características de trabajo: - Potencia de los distintos motores. 

-

Gama de velocidades del eje portapiezas.

-

Gama de velocidades del eje portamuela.

-

Gama de velocidades de avances automáticos del cabezal portamuela por cada inversión de la pieza.

-

Giro máximo de la mesa en los dos sentidos.

-

Giro máximo del cabezal portamuela en los dos sentidos. LA RECTIFICADORA TANGENCIAL



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Fig. 7 Es una máquina-herramienta donde el movimiento de corte, que es circular, corresponde a la herramienta (muela abrasiva). La pieza, que posee el movimiento de avance, se puede desplazar siguiendo una trayectoria rectilínea, lo que hace posible el acabado de piezas con superficies planas. Igualmente que con la rectificadora universal, en la rectificadora tangencial se eliminan, por abrasión, pequeños espesores de material en piezas que, previamente, han sido mecanizadas en otras máquinasherramientas. La rectificadora tangencial, como máquina-herramienta, se compone de: ÓRGANOS MÁSICOS:



-

Bancada

-

Mesa portapiezas

-

Montante

-

Carro

-

Cabezal portamuelas MECANISMOS:



-

Motor correspondiente al portamuelas

-

Husiilo para el accionamiento del carro portamuelas

1.3 Conceptos del Mecanizado DEFINICIÓN DEL MECANIZADO Un mecanizado es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de piezas mediante remoción de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Se realiza a partir de productos semi-elaborados como lingotes, tochos u otras piezas previamente conformadas por otros procesos como moldeo o forja. Los productos obtenidos pueden ser finales o semi-elaborados que requieran operaciones posteriores. MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA El material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a un desperdicio o viruta. La herramienta consta, generalmente, de uno o varios filos o cuchillas que separan la viruta de la pieza en cada pasada. En el mecanizado por arranque de viruta se dan procesos de desbaste (eliminación de mucho material con poca precisión; proceso intermedio) y de acabado (eliminación de poco material con mucha precisión; proceso final). Sin embargo, tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el material que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y no se llega a extraer viruta.

Fig. 8

MECANIZADO POR ABRASIÓN La abrasión es la eliminación de material desgastando la pieza en pequeñas cantidades, desprendiendo partículas de material, en muchos casos, incandescente. Este proceso se realiza por la acción de una herramienta característica, la muela abrasiva. En este caso, la herramienta (muela) está formada por partículas de material abrasivo muy duro unidas por un aglutinante. Esta forma de eliminar material rayando la superficie de la pieza, necesita menos fuerza para eliminar material apretando la herramienta contra la pieza, por lo que permite que se puedan dar pasadas de mucho menor espesor. La precisión que se JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA puede obtener por abrasión y el acabado superficial pueden ser muy buenos pero los tiempos productivos son muy prolongados.

Fig. 9 MECANIZADO SIN ARRANQUE DE VIRUTA Todas las piezas metálicas, excepto las fundidas, en algún momento de su fabricación han estado sometidas a una operación al menos de conformado de metales, y con frecuencia se necesitan varias operaciones diferentes. Así, el acero que se utiliza en la fabricación de tubos para la construcción de sillas se forja, se lamina en caliente varias veces, se lamina en frío hasta transformarlo en chapa, se corta en tiras, se le da en frío la forma tubular, se suelda, se mecaniza en soldadura y, a veces, también se estira en frío. Esto, aparte de todos los tratamientos subsidiarios. La teoría del conformado de metales puede ayudar a determinar la forma de utilizar las máquinas de la manera más eficiente posible, así como a mejorar la productividad. MOVIMIENTOS DE CORTE En el proceso de mecanizado por arranque de material intervienen dos movimientos, el movimiento de corte, por el cual la herramienta corta el material, y el movimiento de avance, por el cual la herramienta encuentra nuevo material para cortar. Cada uno de estos dos movimientos lo puede tener la pieza o la herramienta según el tipo de mecanizado. TRABAJOS MANUALES Y TRABAJOS HECHOS CON MÁQUINA HERRAMIENTA



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Mecanizado manual Es el realizado por una persona con herramientas exclusivamente manuales: sierra, lima, cincel, buril; en estos casos el operario mecaniza la pieza utilizando alguna de estas herramientas, empleando para ello su destreza y fuerza. Mecanizado con máquina herramienta El mecanizado se hace mediante una máquina herramienta, manual, semiautomática o automática, pero el esfuerzo de mecanizado es realizado por un equipo mecánico, con los motores y mecanismos necesarios. ECONOMÍA DEL MECANIZADO Los costes de producción de una serie de piezas en una máquinaherramienta se dividen en unos costes fijos y unos costes por unidad de producción. E.1 Donde C (n) es el coste de producción de una serie de n piezas, C f (n ) es el coste no productivo del proceso para n piezas, C o es el coste unitario de operación y n es el número de piezas producido. El valor de estas variables depende del número de piezas de la serie. Atendiendo a los tiempos del proceso, el coste de producción puede analizarse mediante la siguiente expresión: E.2 donde C es el coste horario, incluyendo el coste de la mano de obra directa, amortización de instalaciones, mantenimiento, etc. ; t np es el tiempo productivo, que t oincluye los tiempos de preparación de la máquinano(tiempo de fase); p es el tiempo de operación, C f es el coste de los filos de corte, que es el coste de las plaquitas en caso de operación utilizar plaquitas intercambiables, o el coste de toda la herramienta en el caso de herramientas enterizas; t rf es el tiempo de reposición de los filos de corte; t m es el tiempo de mecanizado, es decir, JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA el tiempo durante el cual la herramienta está cortando; y T es la duración o tiempo de vida de la herramienta. El coste horario será mayor cuanto mayor sea el coste de amortización de la máquina y la cualificación de la mano de obra. Los procesos que utilizan máquinas-herramienta de control numérico tienen un coste horario superior a los procesos que utilizan máquinas convencionales, pero inferior a los procesos que utilizan máquinas especiales, como las máquinas de transferencia (transfert). En el mismo sentido, los tiempos de preparación para un lote son mayores en una máquina de control numérico que en una máquina convencional, pues se necesita preparar la programación de control numérico de las operaciones del proceso. Los tiempos de operación son menores en una máquina de control numérico que en una máquina convencional, por lo cual, a partir de cierto número de piezas en un lote, el mecanizado es más económico utilizando el control numérico. Sin embargo, para lotes grandes, el proceso es más económico utilizando máquinas especiales, como las máquinas de transferencia. Fuentes y contribuyentes del artículo Mecanizado Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=47644790 Contribuyentes: Aitor (D), Alvaro qc, Camr, Canopus49, Comae, Danipahl, Diegusjaimes, Dnu72, Dreitmen, Elthaniel, Ensada, Ephraim33, Estopiko, Feliciano, Fsd141, Guanxito, Gustavocarra, Gustronico, HUB, Humberto, Jorge c2010, JorgeGG, Kolorao, Magister Mathematicae, Mcapdevila, Mitxael, Pintoandres90, Queninosta, Tano4595, Tortillovsky, Xuankar, 96 ediciones anónimas Fuentes de imagen, Licencias y contribuyentes Archivo:StechenDrehen.jpg Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:StechenDrehen.jpg Licencia: Creative Commons Attribution-Share Alike Contribuyentes: Florian JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Schott Archivo:GrindingStraightWheelH468V.jpg Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:GrindingStraightWheelH 468V.jpg Licencia: Creative Commons Attribution-Sharealike 2.0 Contribuyentes: Andy Dingley, Graibeard, 1 ediciones anónimas Imagen:Coste unitario mecanizado vs num piezas por lote.svg Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Archivo:Coste_unitario_mecaniz ado_vs_num_piezas_por_lote.svg Licencia: Creative Commons Attribution-Share Alike Contribuyentes: HUB1 Licencia Creative Commons Attribution-Share Alike Unportedhttp://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/

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1.4 Diseño y Manufactura Para entender como se fabrica un producto y como este se encuentra ligado a los trabajos para su desarrollo, es importante establecer las diferencias entre diseño del producto y la manufactura, con el fin de llevar a cabo, las labores de ejecución de este, en forma organizada, de manera tal que, garantice la excelente calidad del artículo ya terminado.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO A la hora de mecánico realizar un producto, escomo puede preguntarse ser el casoque de tan un componente cualquiera, necesario capaz e s nuestro elemento de resistir una carga determinada, en condiciones de servicio para las cuales fue concebido.

Para realizar el desarrollo de los elementos mecánicos es necesario partir de la ingeniería de diseño la cual tiene como base la determinación de la resistencia del material, teniendo en cuenta las propiedades mecánicas del material, la geometría, las condiciones de servicio, etc.

Se debe tener en cuenta que el desarrollo del presente tema es a nivel meramente informativo, dado que este tema se estudia a profundidad en las cátedras de Diseño Mecánico y Diseño de Máquinas, las cuales son propias de la carrera de Ingeniería Mecánica. Sin embargo es importante mencionarlo por que para entender los propósitos de la manufactura es menester el poder comprender algunos conceptos de la tecnología del diseño, para afianzar en los conceptos del maquinado de materiales.



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SEGURIDAD Y FIALBILIDAD Factor de seguridad y coeficiente de fiabilidad Para diseñar un dispositivo de Manera que no falle, se precisa en primer lugar un parámetro que defina el estado del sistema, un parámetro que disponga de un rango de valores dentro del cual se puede esperar un comportamiento satisfactorio del sistema, y fuera de él sea previsible el fallo. Naturalmente, en muchas ocasiones los parámetros pueden ser múltiples y además pueden estar vinculados entre sí. Como paso previo al diseño, es preciso encontrar todas las posibles causas De fallo, los parámetros que representan cada uno de ellos y su valor el problema dedediseño se que replantea como una forma límite; de disponerlas cosas manera ningunoentonces de los parámetros representados supere su valor límite. CONSIDERACIONES ESTÁTICAS EN EL DISEÑO MECÁNICO Introducción. Concentración del esfuerzo ante solicitaciones estáticas en los materiales dúctiles, puede ocurrir que la tensión real supere la tensión de fluencia en los puntos de concentración de esfuerzos. Al tratarse de un fenómeno muy localizado, la zona afectada se endurece por deformación plástica —en esos puntos, la resistencia de fluencia pasa a tener un valor mayor – y no se produce la deformación permanente del sólido. La resistencia aumenta en la cantidad precisa para hacer frente a la tensión adicional fruto de la concentración de esfuerzos; por tanto, en materiales dúctiles sometidos a carga estática, este efecto puede despreciarse. Criterios de fallo estático. Tensiones equivalentes Obviamente, no todos los posibles parámetros elásticos son representativos del estado del sistema. Un estado tensional está perfectamente determinado por los valores de las tres tensiones principales σ 1, σ2 y σ3,deformaque parámetro que se elija será una función de ellas, f(σ 1, σ2, σ3).En

el el momento del fallo en el ensayo de tracción, el estado tensional al que está sometido el material es σ1 = St, σ2 =0 y σ3 =0 —siendo St la



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA resistencia a fluencia(Syt) ola resistencia a rotura(Sut), según el fallo que se desee estudiar— Así, si n es el factor de seguridad, se tiene:

f(n σ1,n σ2,n σ3)= f(St,0,0) E.3

El factor de seguridad se define como la resistencia de fluencia o de rotura dividida entre la tensión equivalente , n = St/ σeq . Dicha tensión equivalente varía con el criterio de fallo a utilizar. Para calcular el factor de seguridad deberá determinarse previamente el punto del sólido en el cual la σeq correspondiente, al criterio escogido es máxima. CONSIDERACIONES DINÁMICAS EN EL DISEÑO MECÁNICO Diseño por resistencia a la fatiga frente a cargas alternantes Introducción al fenómeno de fatiga El fallo por fatiga se presenta en elementos mecánicos sometidos a cargas variables con el tiempo, y se caracteriza por la rotura repentina después de un cierto período de funcionamiento. El fallo se produce sin deformación permanente visible o alteración apreciable de cualquier otro tipo, lo que lo hace mucho más peligroso que el fallo estático. Para estudiar el fenómeno se diseñó un ensayo llamado de viga rotatoria, consistente en someter una probeta se sección circular a un esfuerzo de flexión producido por una carga fija respecto de los ejes del laboratorio, y ponerla probeta a girar. Para intentar crear un modelo de comportamiento que se ajustara a los resultados obtenidos, se representó en un diagrama logarítmico el valor de la tensión máxima alternante y el número de ciclos en los que se producía la rotura. El diagrama resultante —llamado diagrama de fatiga o diagrama Wöhler — es válido para aceros de cualquier para materiales férreos,depero no para otros materiales tales comotipo los yplásticos y las aleaciones aluminio.

CONCEPTOS ELEMENTALES EN SISTEMAS DE MANUFACTURA. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA INGENIERÍA DE MANUFACTURA. Es la ciencia que estudia los procesos de conformado y fabricación de componentes Mecánicos con la adecuada precisión dimensional, así como de la maquinaria, herramientas y demás equipos necesarios para llevar a cabo la realización física de tales procesos, su automatización, planificación y verificación.

La Ingeniería de Manufactura es una función que lleva acabo el personal técnico, y esta relacionado con la planeación de los procesos de manufactura para la producción económica de productos de alta calidad. Su función principal es preparar la transición del producto desde las especificaciones de diseño hasta la manufactura de un producto físico. Su propósito general es optimizar la manufactura dentro de la empresa determinada. El ámbito de la ingeniería de manufactura incluye muchas actividades y responsabilidades que dependen del tipo de operaciones de producción que realiza la organización particular. Entre las actividades usuales están las siguientes: 1) Planeación de los procesos 2) Solución de problemas y mejoramiento continúo. 3) Diseño para capacidad de manufactura. La planeación de procesos implica determinar los procesos de manufactura más adecuados y el orden en el cual deben realizarse para producir una parte o producto determinado, que se especifican en la ingeniería de diseño. El plan de procesos debe desarrollarse dentro de las limitaciones impuestas por el equipo de procesamiento disponible y la capacidad productiva de la fábrica. Planeación tradicional de procesos. Tradicionalmente, la planeación de procesos la lleva acabo ingenieros en manufactura que conocen los procesos particulares que se usan en la fabrica y son capaces de leer dibujos de ingeniería con base en su JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA conocimiento, capacidad y experiencia. Desarrollan los pasos de procesamiento que se requieren en la secuencia más lógica para hacer cada parte. A continuación se mencionan algunos detalles y decisiones requeridas en la planeación de procesos.    

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Procesos y secuencias. Selección del equipo Herramientas, matrices, moldes, soporte y medidores. Herramientas de corte y condiciones de corte para las operaciones de maquinado. Métodos. Estándares de trabajo Estimación de los costos de producción. Estimación de materiales Distribución de planta y diseño de instalaciones. PLANEACION DE PROCESOS PARA PARTES Los procesos necesarios para manufactura una parte especifica se determinan en gran parte por el material con que se fabrica la parte. El diseñador del producto selecciona el material con base en los requerimientos funcionales. Una vez seleccionado el material, la elección de los procesos se delimita considerablemente. este análisis de los materialesposibles para ingeniería proporcionamos guías En para el procesamiento de cuatro grupos de materiales.

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Metales Cerámicos Polímeros Materiales compuestos. Una típica secuencia de procesamiento para fabricar una parte separada consiste en: 1.- materia prima inicial. 2.- procesos básicos 3.- procesos secundarios JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA 4.- procesos para el mejoramiento de las propiedades 5.- operaciones de acabado. Un proceso básico establece la geometría inicial de la parte. Entre ellos están el colocado de metales, el forjado y el laminado de chapas metálicas. En la mayoría de los casos, la geometría inicial debe refinarse mediante una serie de Procesos secundarios. Estas operaciones transforman la forma básica en la geometría final. hay una correlación entre los procesos secundarios que pueden usarse y el proceso básico que proporciona la forma inicial.

La selección de ciertos procesos básicos reduce la necesidad de procesos secundarios gracias a que con el modelo se obtienen características geométricas detallada de dimensiones precisas.

Después de operaciones de formado, por lo general se hacen operaciones para mejorar las propiedades incluyen el tratamiento térmico en componentes metálicos y cristalería. En muchos casos, las partes no requieren estos pasos de mejoramiento de propiedades en su secuencia de procesamiento. Las operaciones de son las ultimas de la secuencia; por lo general proporciona un recubrimiento en la superficie de la parte de trabajo (o ensamble) Entre estos procesos están la electrodeposición y la pintura. acabado

DESARROLLO HISTORICO DE LOS SISTEMAS DE MANUFACTURA. El punto de partida de los procesos de manufactura moderno pueden acreditarse a Eli Whitney con su máquina despepitadora de algodón sus principios de fabricación intercambiables o su máquina fresadora sucesos todos ellos por los años de 1880 también en esa época aparecieron otro procesos industriales a consecuencia de la guerra civil en los Estados Unidos que proporciono un nuevo impulso al desarrollo de procesos de manufactura de aquel país. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA El origen de la experimentación y análisis en los procesos de manufactura se acreditaron en gran medida a Fred W. Taylor quien un siglo después de Whitney publico los resultados de sus trabajos sobre el labrado de los metales aportando una base científica para hacerlo. El contemporáneo Miron L. Begeman y otros investigadores o laboratoristas lograron nuevos avances en las técnicas de fabricación, estudios que han llegado ha aprovecharse en la industria. El conocimiento de los principios y la aplicación de los servomecanismos levas, electricidad, electrónica y las Computadoras hoy día permiten al hombre la producción de las máquinas.

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PROCESOS DE MANUFACTURA CONVENCIONALES

De acuerdo con esta definición y a la vista de las tendencias y estado actual de la fabricación mecánica y de las posibles actividades que puede desarrollar el futuro ingeniero en el ejercicio de la profesión, los contenidos de la disciplina podrían agruparse en las siguientes áreas temáticas: Procesos de conformación sin eliminación de material

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Por fundición Por deformación

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Procesos de conformación con eliminación de material

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Por arranque de material en forma de viruta Por abrasión Por otros procedimientos

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Procesos de conformado de polímeros y derivados

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Plásticos Materiales compuestos

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Procesos de conformación por unión de partes

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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Por sinterización Por soldadura

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Procesos de medición y verificación dimensional

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Tolerancias y ajustes Medición dimensional

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Automatización de los procesos de fabricación y verificación

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Control numérico Robots industriales Sistemas de fabricación flexible Las propiedades de manufactura y tecnológicas son aquellas que definen el comportamiento de un material frente a diversos métodos de trabajo y a determinadas aplicaciones. Existen varias propiedades que entran en esta categoría, destacándose la templabilidad, la soldabilidad y la dureza entre otras. Maquinabilidad:

Propiedad que determina capacidad de arranque un material. Está relacionada con los laprocesos endelosmecanización cuales existe de material o viruta como:

Cizallado : proceso por el cual se corta una plancha o una pieza metálica en frío por medio de tijeras o cizallas.

Torneado : operación que consiste en trabajar una pieza en un torno, máquina-herramienta en la que se asegura y se hace girar la pieza a trabajar, para pulirla o labrarla. Existen varios tipos de torneado como el simple o recto y el cónico y horadado. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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Taladrado : operación que consiste principalmente en la abertura, agrandamiento, corte y acabado de agujeros en una pieza.

También están el fresado, el cepillado y el rectificado entre otros procesos que involucran maquinabilidad.

Isotropía: Un material o pieza es isotrópico cuando presenta exactamente las mismas propiedades en todas las direcciones. Lo contrario es que sea anisotrópico, o sea, que tenga propiedades distintas para cada dirección (propiedades direccionales).

PRODUCCIÓN ECONÓMICA

El costo de un producto depende de las inversiones o gastos que se generan en cuanto al consumo de materias primas maquinas, mano de obra y otros gastos generales. Maquinaria, mano de obra = costos independientes Materiales, materias primas = costos principales.

Puede afirmarse que el objetivo de una producción económica radica en generar un producto bajo cierto beneficio; esto nos infiere que el costo debe ser aceptable y competitivo también que debe existir una demanda para el producto o más aun, esta demanda debe crearse.



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Desde que se empezaron a utilizar máquinas, herramientas siempre ha habido un gradual pero constante avance hacia la construcción de maquinaria más eficiente sea combinado con operaciones o haciéndolas más independientes de la operatividad humana.

Reduciendo de modo los tiempos de maquinado y el costo de mano de obra. Algunas se han convertido en máquinas completamente automáticas que su sistema de control es muy reducido.

Esto ha hecho que se alcance grandes volúmenes de producción aun costo de mano de obra cada vez mas bajo, lo que es esencial para cualquier sociedad que desea gozar de un alto nivel de vida. El desarrollo de máquinas de alta producción va acompañado con el concepto de calidad de manufactura. La calidad y la precisión en las operaciones de manufactura demandan la existencia permanente de un control geométrico severo sobre las piezas que se pretenden sean intercambiables y que ofrezcan mejor servicio durante su operación.

CRITERIOS FUNDAMENTALES QUE DETERMINAN UNA PRODUCCION ECONOMICA O RENTABLE SON: 1.- Un proyecto funcional lo mas simple posible y de una calidad estética apropiada.

2.- La selección de un material que represente la mejor concomitancia entre las propiedades físicas, su aspecto exterior, costo y factibilidad para trabajarlo y maquilarlo.



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA 3.- La selección de los procesos de manufactura para fabricar el producto debe ser de tal suerte que con ello se obtenga la necesaria exactitud y rugosidad y aun costo unitario lo más bajo posible.

METODOS AVANZADOS DE MANUFACTURA. INGENIERIA CONCURRENTE: Se refiere aun enfoque para el diseño de producto en el cual las empresas intentan reducir el tiempo que se requiere para llevar acabo un nuevo producto al mercado. En una compañía que practica la ingeniería concurrente (o también conocida como Ing. simultanea) la planeación de manufactura empieza cuando el diseño de producto se esta desarrollando El diseño para la manufactura y el ensamble es el aspecto mas importante de la ingeniería concurrente, debido a que tiene el mayor impacto en los costos de producción y en el tiempo de desarrollo del producto. ELABORACIÓN RAPIDA DE PROTOTIPOS. Se refiere a la capacidad para diseñar y producir productos de alta calidad en el tiempo mínimo. Es una familia de procesos de fabricación singulares, desarrollados para hacer prototipos de ingeniería en el menor tiempo posible. Mencionare tres técnicas donde ellas dependen de datos de diseño generados en un sistema grafico computarizado. Hablar de esto implica haber de la gran precisión con que se realizan los trazos gracias modelo grafico computarizado de la geometría de partes. 1.- ESTEREOLITOGRAFIA 2.-SINTERIZADO SELECTIVO CON LÁSER 3.-MODELADO POR DEPOSICIÓN FUNDIDA



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA 1. ESTEREOLITOGRAFIA: es un proceso para fabricar una parte plástica sólida a partir de un archivo de datos. generado a partir de un modelo sólido mediante un sistema grafico computarizado de la geometría de partes controla un rayo láser. Cada capa tiene .005 a 0.0020 Plg. el laser sirve para endurecer polímero fotode sensible en que donde rayo toca el liquido, formando unael capa solida plástico, seeladhiere a la plataforma. Cuando termina a la capa inicial, se baja la plataforma una distancia igual al grosor de la capa anterior y se forma una segunda así sucesivamente hasta terminar la pieza completa. 2. SINTERIZADO SELECTIVO CON LASER: este proceso es similar al anterior nada más que en lugar de utilizar un polímero líquido se utilizan polvos y se comprime por el rayo laser hasta formar las capas que van a formar la pieza. 3. MODELADO POR esteyaproceso en irle dando forma conDEPOSICIÓN el rayo laser FUNDIDA: aun una pieza sea de se un basa material similar al de la cera. BIBLIOGRAFIA

*Apuntes preparados a partir de José Ignacio Pedrero Moya: Tecnología de Máquinas. Tomo I: Fundamentos. Ejes, acoplamientos y apoyos. Madrid, 2005: Universidad Nacional de Educación a Distancia. This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike2.5SpainLicense.To biela copy of thislicense, visit : http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/es/ or send a letter to Creative Commons, 543 Howard Street, 5th Floor, San Francisco, California, 94105, USA. La composición de este documento se ha realizado mediante LATEX. Correo: [email protected]. Web: http://narodnaia.googlepages.com



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA KALPAKJIAN, S SCAMID, S 2000 Manufacturing Engineeringand Technologyed, Mikell P. Groover ed. Prentice Hall Fundamentos de Manufactura Moderna, ed. Prentice Hall Apuntes enviados por: Luis Echeverría [email protected]

1.5 Evaluación



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2. UNIDAD 2: TEORÍA DEL MAQUINADO DE METALES

TEORÍA DEL MAQUINADO DE METALES Con la teoría del maquinado, se estudian cuales son los diferentes parámetros que intervienen en este proceso de manufactura, y como se interrelaciona unos con otros y en especial como se determinan estos para optimizar al máximo los recursos, disponibles para obtener un producto que cumpla con las especificaciones de diseño, de manufactura, y estándares de calidad, exigidos por la compañía.

2.1 Teoría de la formación de viruta La geometría de la mayoría de operaciones de maquinado práctico presenta complejidad en su ejecución. Para su análisis se desprecian muchas de las complejidades geométricas y los procesos se pueden describir buenaesprecisión. Se denomina ortogonal ver figura 10. con El cual en dos dimensiones y esmodelo una simplificación del corte real el cual es visto en 3 dimensiones. El modelo de corte ortogonal juega un papel fundamental en el análisis.



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Fig. 10

MODELO DE CORTE ORTOGONAL El corte ortogonal usa por definición una herramienta en forma de cuña, en la cual el borde cortante es perpendicular a la dirección de la velocidad de corte. Al presionar la herramienta contra el material se forma una viruta por deformación cortante a lo largo de un plano llamado plano de corte , este forma un ángulo á con la superficie de trabajo. Solamente el afilado borde de corte de la herramienta hace que ocurra la falla del material, como resultado la viruta se separa del material original. La herramienta de corte tiene solamente dos elementos geométricos, el ángulo de ataque y el ángulo o claro de incidencia. El ángulo de ataque á determina la dirección de la viruta la cual fluye de la parte de trabajo, y el ángulo del claro el cual brinda un espacio pequeño entre la herramienta y la superficie recién generada. Durante el corte, el borde cortante de la herramienta se coloca a cierta distancia por debajo de la superficie original del trabajo. Ésta corresponde al espesor de la viruta antes de su formación t0. Al formarse la viruta a lo largo del plano de corte se incrementa su espesor a tc. La relación de t0 a tc se llama relación de grueso de viruta o simplemente relación de viruta r . La geometría del modelo de corte ortogonal nos permite establecer una relación importante entre el espesor de la viruta, el ángulo de ataque y el ángulo del plano de corte. Sea ls la longitud del plano de corte. Se verifica fácilmente. Con un arreglo matemático Ô puede determinarse de la siguiente manera: La deformación cortante ocurre a lo largo del plano de corte puede estimarse al examinar la figura. La figura 11 (a) muestra la JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA deformación cortante aproximada, en la que una serie de placas paralelas se deslizan una contra otra para formar la viruta. De acuerdo con la definición de deformación cortante, cada placa experimenta la deformación cortante mostrada en 11 (b); que relacionada con la parte (c) se expresa como:

Fig. 11 La cual puede reducirse a la siguiente definición de deformación cortante para el corte de metales: FORMACIÓN REAL DE VIRUTA Se precisa saber que hay diferencias entre el modelo ortogonal y el proceso de maquinado real. En primer lugar el proceso de deformación cortante no ocurre sobre un plano. Si el corte tuviera lugar en un solo plano ello implicaría que la acción de corte debería ocurrir en forma instantánea, en lugar de hacerlo en un periodo de tiempo finito (aunque breve). Para un material que se comporta en forma real, la deformación cortante debe ocurrir dentro de una zona delgada de corte, más que un plano de espesor cero. Este es el modelo más realista del proceso, el cual se ilustra en la figura. Experimentos realizados en la zona de corte de metal han demostrado que espesor de la zona de corte es solamente unas pocas milésimas de longitud JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA En segundo lugar existe un corte adicional como un corte secundario, el cual resulta de la fricción entre la herramienta y la viruta al deslizarse a lo largo de la cara inclinada de la herramienta. Su efecto aumenta con el incremento de la fricción entre la herramienta y la viruta. Las zonas de corte primario y secundario se pueden ver en la figura 12.

Fig. 12 En tercer lugar, la formación de la viruta depende del tipo de material que se máquina y las condiciones de corte de la operación. Se pueden distinguir tres tipos básicos de de viruta. 1.

Viruta discontinua .

Cuando se maquinan materiales

relativamente frágiles (ejemplo hierro fundido) a bajas velocidades de corte, la viruta se forma frecuentemente en segmentos separados. Esto tienden a impartir una textura irregular a la superficie maquinada. Una alta fricción en la herramienta-viruta y los avances y profundidades grandes de corte promueven la formación de este tipo de viruta. 2.

Viruta continúa. Cuando se cortan materiales de trabajo dúctiles a altas velocidades, con avances y profundidades pequeñas, se forman virutas largas y continuas. Cuando se forma este tipo de viruta se obtiene un buen acabado superficial. Un borde cortante bien afilado en la herramienta y una baja fricción herramienta-viruta crean el ambiente propicio para la formación de viruta continua.



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA 3.

Viruta continúa con acumulación en el borde. Cuando se maquinan materiales dúctiles a bajas velocidades o medias, la fricción entre la herramienta y la viruta, tienden a causar adhesión de porciones de material de trabajo en la cara inclinada de la herramienta. Esta formación de se llama acumulación en el borde. La formación de esta acumulación es de naturaleza cíclica; se forma y crece, luego se vuelve inestable y se rompe. Gran parte de la acumulación de de desecho se lleva la viruta. Sin embargo, algunas porciones pueden incorporarse a la superficie de trabajo recién formada, ocasionando que la superficie se vuela rugosa.

2.2 Relaciones de fuerza y Ecuación de Merchant Se pueden definir varias fuerzas con respecto al modelo de corte ortogonal. Con base en estas fuerzas, se puede definir el esfuerzo cortante, el coeficiente de fricción y algunas otras relaciones. FUERZAS DE CORTES EN LOS METALES Considere las fuerzas que actúan en la viruta durante el corte ortogonal que se muestra figura 10. Las fuerzas la herramienta aplica en la contra la virutaenselapueden discernir en dosque componentes, mutuamente perpendiculares: 1.

Fuerza de Fricción F. Es la fuerza de fricción entre la herramienta y la viruta que resiste el flujo de viruta a lo largo de la cara inclinada de la herramienta.

2. Fuerza normal a la fricción N . Es la fuerza perpendicular a la fricción. Los dos componentes se pueden usar para definir el coeficiente de fricción ì entre la herramienta y la viruta: La fuerza de fricción y su fuerza normal se pueden sumar de manera vectorial para formar una fuerza resultante R , la cual se orienta en un JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA ángulo β, llamado ángulo de fricción. El ángulo de fricción se

relaciona con el coeficiente de fricción de la siguiente manera: Además de las fuerzas de la herramienta que actúan sobre la viruta, el trabajo impone dos componentes de fuerza sobre la viruta: 3.

Fuerza cortante F s. Es la fuerza que causa la deformación de corte que ocurre en el plano de corte.

4.

Fuerza normal a la cortante F n . Es la fuerza normal a la cortante. Con base en la fuerza de corte podemos definir el esfuerzo cortante que actúa a lo largo del plano corte entre el trabajo y la viruta: El esfuerzo cortante determinado por la ecuación 8 representa el nivel requerido de esfuerzo para realizar las operaciones de maquinado. En principio, este esfuerzo es igual al esfuerzo cortante del material de trabajo bajo las condiciones en las que ocurre el corte.

La suma vectorial de las fuerzas componentes F s y F n da por resultado la fuerza resultante R’ . Para que las fuerzas que actúan sobre la viruta se encuentren balanceadas, la resultante R’ debe ser igual en magnitud, pero en dirección opuesta y colineal con la resultante R.

5.

Fuerza cortante F c. Es la fuerza que va en dirección del corte, la misma dirección de la velocidad de corte v.

6.

Fuerza de empuje F t . Es la fuerza que van en dirección de t 0. Es perpendicular a fuerza de corte.

La fuerza de corte y la fuerza de empuje se muestran en la figura 13 (b) junto con la fuerza resultante R’’ . La dirección respectiva de esta fuerza es conocida así que los transductores de fuerza en el dinamómetro pueden alinearse en concordancia. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Tomando como base las fuerzas que pueden calcularse, es posible derivar las ecuaciones para relacionar los cuatro componentes de la fuerza que no pueden medirse. Usando el diagrama de fuerzas de la figura 14. Se puede definir las siguientes relaciones trigonométricas. 7.

Fuerza cortante F c. Es la fuerza que va en dirección del corte, la misma dirección de la velocidad de corte v.

8.

Fuerza de empuje F t. Es la fuerza que van en dirección de t 0. Es perpendicular a fuerza de corte.

La fuerza de corte y la fuerza de empuje se muestran en la figura 10 (b) junto con la fuerza resultante R’’ . La dirección respectiva de esta fuerza es conocida así que los transductores de fuerza en el dinamómetro pueden alinearse en concordancia. Tomando como base las fuerzas que pueden calcularse, es posible derivar las ecuaciones para relacionar los cuatro componentes de la fuerza que no pueden medirse. Usando el diagrama de fuerzas de la figura 15. Se puede definir las siguientes relaciones trigonométricas. ECUACIÓN DE MERCHANT Es una relación importante en el corte del metal, la cual fue derivada por Eugene Merchant. La derivación esta basada en la suposición de corte ortogonal, pero su validez general se extiende a operaciones de maquinado en tres dimensiones. Merchant empezó con la definición de esfuerzo cortante, expresado mediante la siguiente relación. Él se basó que entre los ángulos posibles que emanan del borde cortante de la herramienta donde puede ocurrir la deformación de corte, hay un corte de ángulo ö que predomina. En este ángulo, el esfuerzo cortante es precisamente igual que la resistencia de corte del material, razón por la cual la deformación cortante ocurre en este ángulo. El esfuerzo cortante es menor para otros ángulos posibles, por lo tanto la deformación cortante y por ende la viruta no puede ocurrir en otros ángulos. El ángulo en cuestión se puede determinar tomando la derivada del esfuerzo cortante ô en la ecuación E.4 con respecto a ö e igualando la derivada a cero. Resolviendo para ö se obtiene la ecuación de Merchant. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA 2.3 Relación entre potencia y energía de maquinado El sistema de fuerzas que intervienen en un proceso de corte tridimensional consta de tres componentes, las cuales se definen a continuación: Fuerza de Corte F c: Es la que actúa en el vector velocidad de corte. Esta fuerza es la que requiere mayor cantidad de potencia, el 99% de esta, para realizar el proceso.

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Fuerza de Avance F t: Es la fuerza avance y consume el 50 % de la fuerza de corte F c y actúa en dirección de avance de la herramienta, y corresponde solo a un pequeño porcentaje de la potencia, debido a que

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las velocidades de avance son pequeñas. Fuerza Radial F r : Es perpendicular a la superficie de mecanizado. Esta a su vez es el 50% de la fuerza de avance F t y su contribución a las necesidades de potencia son bajas.

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La energía por unidad (potencia) de tiempo, o potencia para corte está determinada como sigue:

En caballos de fuerza (HP) la potencia de maquinado en esta dada por:

En donde HPc será la potencia neta o bruta requerida para realizar el corte de los metales, la cual es generada por la máquina herramienta, usada en el proceso de maquinado y es más grande que la potencia de corte. En la cual HPg es la potencia entregada por el motor de la máquina herramienta, expresada en caballos de potencia y E es la eficiencia de la JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA máquina herramienta, donde el valor típico de esta, se encuentra alrededor del 90%.

HPu es la potencia unitaria consumida por unidad de volumen de corte y en la cual se verifica, que MRR es la velocidad de remoción de material, y la cual se determina mediante el producto.

La potencia unitaria puede ser expresada en términos de la potencia unitaria U, también conocida como energía especifica y la cual se determina como sigue: ENERGIA DE MAQUINADO Los datos provenientes de tablas de la potencia específica de corte esencialmente provienen de la energía requerida para tal corte. Esencialmente la mayoría de la energía que se consume en la cizalladura y el rozamiento en la superficie de contacto entre la herramienta y viruta. Le ecuación E.5 nos permite determinar su valor.

2.4 Temperatura de corte TEMPERATURA En todas las operaciones de maquinado la energía disipada se convierte en calor lo cual eleva la temperatura en la zona de corte. En este sentido la temperatura influye en la resistencia, dureza y desgaste de la JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA herramienta de corte, producirá cambios en las dimensiones de la pieza. También puede altear térmicamente la pieza de trabajo de forma tal que sus propiedades mecánicas se van alteradas, este incremento puede verse en la figura 16.

Fig. 16

Además cuando la herramienta de corte está incidiendo sobre la pieza de trabajo, la viruta empieza a desprenderse y las fluctuaciones de temperatura son muy elevadas ocasionando un choque térmico, y para un acero los niveles de temperatura se presentan desde los 650° a 700°C en la zona de corte cuando la viruta se esta desalojando, la temperatura va disminuyendo una vez que se extiende por la pieza de trabajo y el calor se va disipando como se puede observar en la figura 17

Fig. 17 JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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3. UNIDAD 3: TECNOLOGÍA DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE

TECNOLOGÍA DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE En los procesos de maquinado de materiales las herramientas de corte, juegan un papel fundamental dentro del desarrollo de las labores, para llevar a cabo la manufactura de un producto, como tal. Por tanto es de suma importancia conocer cuales son su propiedades mecánicas, los materiales con que están fabricadas, su geometría y los fluidos usados para prolongar la vida estas, por que de esto depende la eficacia y eficiencia de estos procesos.

3.1 Vida de las Herramientas Las herramientas durante el trabajo están sometidas a las acciones siguientes: a. Grandes esfuerzos localizados b. Altas temperaturas c. Deslizamiento de la viruta por la superficie de ataque d. Deslizamiento de la herramienta de trabajo por la superficie mecanizada. Estas condiciones inducen el desgaste de la herramienta que, a su vez, afecta en forma negativa la vida de la herramienta, la calidad de la superficie y su exactitud dimensional, y en consecuencia economía mecanizada de las herramientas de corte. Analizaremos por separado la el desgaste de la herramienta en la superficie de incidencia y luego el desgaste en la superficie de ataque.



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DESGASTE Y FALLA En general, el desgaste de la herramienta es un proceso gradual, muy parecido al desgaste de la punta de un lápiz ordinario. La rapidez del desgaste depende de los materiales de la herramienta y de la pieza, la forma de la herramienta, el fluido de corte, los parámetros del proceso (como la velocidad de corte, avance y profundidad de corte) y las características de la máquina herramienta. Existen dos tipos básicos de desgaste, que corresponden a dos regiones de la herramienta: desgaste de flanco y desgaste de cráter. Existen tres formas posibles de falla en la herramienta de corte :

a. Falla por fractura. cuando lacausando fuerza deuna cortefalla se hace excesiva en la Este puntamodo de laocurre herramienta, repentina por fractura. b. Falla por temperatura. Esta falla ocurre cuando la temperatura de corte es demasiado alta para el material de la herramienta, causando ablandamiento en la punta, deformación plástica y pérdida del filo en el borde. c. Desgaste gradual. El desgaste gradual del borde cortante ocasiona pérdida de la forma de la herramienta, reducción de la eficiencia del corte, desgaste acelerado y falla final de la herramienta, de forma similar a la falla por temperatura. DESGASTE DE FLANCO El desgaste de flanco se presenta en la superficie de incidencia de la herramienta, y en general se atribuye a: (a) frotamiento de la herramienta sobre la superficie mecanizada, que causa desgaste adhesivo y /o abrasivo, y (b) alta temperatura que afecta las propiedades del material de herramienta y la superficie de la pieza. DESGASTE DE CRÁTER El desgaste de cráter se presenta en la superficie de ataque de la herramienta y, ya que cambia la geometría de la inter-cara entre viruta y herramienta, afecta al proceso de corte. Los factores más importantes JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA que influyen sobre el desgaste de cráter son: (a) la temperatura de la intercara herramienta – viruta y (b) la afinidad química entre los materiales de herramienta y pieza. Además, los factores que influyen sobre el desgaste de flanco también influyen sobre el desgaste de cráter. CONCLUSIONES 1. El aumento de temperatura es consideración importante, porque puede tener efectos adversos sobre la vida de la herramienta, y también sobre la exactitud dimensional y la integridad superficial de la pieza mecanizada. 2. Dos clases principales de desgaste de la herramienta depende de las características de los materiales de la pieza y de la herramienta, de la velocidad decaracterísticas corte, avance,deprofundidad corte y fluidos de corte, así como de las la máquinade herramienta. 3. Al aplicar la relación de Taylor a una operación de mecanizado típica, la velocidad de corte debe permanecer constante durante dicha operación.

3.2 Materiales para herramientas Las herramientas de torneado se diferencian en dos factores, el material del que están constituidas y el tipo de operación que realizan. Según el material constituyente, las herramientas pueden ser de acero rápido, metal duro soldado o plaquitas de metal duro (widia) intercambiables. La tipología de las herramientas de metal duro está normalizada de acuerdo con el material que se mecanice, puesto que cada material ofrece unas resistencias diferentes. El código ISO para herramientas de metal duro se recoge en la tabla más abajo. Cuando la herramienta es de acero rápido o tiene la plaquita de metal duro soldada en el portaherramientas, cada vez que el filo se desgasta hay que desmontarla y afilarla correctamente con los ángulos de corte específicos en una afiladora. Esto ralentiza bastante el trabajo. Por ello, cuando se mecanizan piezas en serie lo normal es utilizar JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA portaherramientas con plaquitas intercambiables, que tienen varias caras de corte de usar y tirar y se reemplazan de forma muy rápida. Plato y perno de arrastre Brocas de centraje de acero rápido. Herramienta de metal duro soldada.

Fig. 18

CARACTERÍSTICAS DE LAS PLAQUITAS DE METAL DURO La calidad de las plaquitas de metal duro (Widia) se selecciona teniendo en cuenta el material de la pieza, el tipo de aplicación y las condiciones de mecanizado. La variedad de las formas de las plaquitas es grande y está normalizada. Asimismo la variedad de materiales de las herramientas modernas es considerable y está sujeta a un desarrollo continuo.



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Fig. 19

Los principales materiales de herramientas para torneado son los que se muestran en la tabla siguiente.

La adecuación de los diferentes tipos de plaquitas según sea el material a mecanizar se indican xa continuación y se clasifican según una Norma ISO/ANSI para indicar las aplicaciones en relación a la resistencia y la tenacidad que tienen. CÓDIGO DE CALIDADES DE PLAQUITAS



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CÓDIGO DE FORMATOS DE LAS PLAQUITAS DE METAL DURO Como hay tanta variedad en las formas geométricas, tamaños y ángulos de corte, existe una codificación normalizada compuesta de cuatro letras ycaracterística seis números donde cada estas letras y números indica una determinada deluna tipo de de plaquita correspondiente. Ejemplo de código de plaquita: SNMG 160408 HC



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Las dos primeras cifras indican en milímetros la longitud de la arista de corte de la plaquita. Las dos cifras siguientes indican en milímetros el espesor de la plaquita. Las dos últimas cifras indican en décimas de milímetro el radio de punta de la plaquita. A este código general el fabricante de la plaqueta puede añadir dos letras para indicar la calidad de la plaqueta o el uso recomendado.

3.3 Geometría de las herramientas HERRAMIENTAS DE TRABAJO Las herramientas de corte son diseñadas con filos cortantes con el fin de minimizar el contacto de rozamiento entre la herramienta y la pieza de trabajo. Las variaciones en la forma de la herramienta cortante influyen en la vida de esta, acabado superficial de la pieza de trabajo y la cantidad de fuerza requerida para obtener una viruta de material matriz. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Los ángulos existentes en una herramienta son los llamados ángulos básicos de esta, y estos componen a su vez la llamada geometría de la herramienta. La designación de cualquier herramienta contiene una lista de estos ángulos, en grados, y tamaños de radio de nariz, este método numérico ha sido estandarizado por la Asociación de Americana Estándares, tal como se ilustra en la figura.

Fig. 20

Ángulo de ataque complementario: Este ángulo entre la cara de la herramienta y la línea paralela a la base del porta-herramienta. Este ángulo es medido en un plano que es paralelo al filo cortante lateral y perpendicular a la base. Las variaciones de este ángulo afectan a la dirección de la viruta. Conforme este ángulo es incrementado mientras otras condiciones JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA permanecen constantes, la vida de la herramienta se incrementa mientras la fuerza de corte requerida disminuye. Ángulo de ataque principal: Este es definido por el ángulo que está entre la cara de la herramienta y el plano paralelo a la base de la herramienta. Es medido en un plano perpendicular a la base del porta-insertos y el filo cortante lateral. Las variaciones de este ángulo afectan a la dirección del flujo de viruta. Conforme este ángulo es incrementado se prolonga la vida de la herramienta, se disminuye al fuerza de corte requerida y se mejora al acabado superficial. Ángulo de alivio final: Este es el ángulo que existe entre el final del flanco y la línea perpendicular a la herramienta. El propósito de este ángulo es el de prevenir el rozamiento entre la pieza de trabajo y el final del flanco de la herramienta. Un ángulo de alivio excesivo reduce la resistencia de la herramienta por lo que dicho ángulo no debe ser más grande de lo necesario. Ángulo de alivio lateral: Este ángulo esta entre en flanco lateral de la herramienta y la línea perpendicular a la base. Este ángulo tiene el mismo funcionamiento que al ángulo de alivio final. En las operaciones de torneado este debe ser los suficientemente largo para permitir que hombro de la herramienta avance. Ángulo de corte final: Este es ángulo que esta entre el flanco lateral de la herramienta y la línea perpendicular al mango de la herramienta. El propósito de este ángulo es no permitir el rozamiento entre el filo de la herramienta y la pieza de trabajo. Un excesivo ángulo de corte final reduce la resistencia de la herramienta sin ningún beneficio. Ángulo lateral de corte: Este ángulo esta entre el filo de corte en la parte lateral del mango de la herramienta. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Este filo provee de la mayor acción de corte por que debe ser mantener siempre el filo de este. Incrementando este ángulo el ancho de la viruta se hace lo más grueso posible e influye en la dirección del flujo de la viruta. Un filo lateral excesivo debe ser evitado, por que produce vibraciones, razón por la cual se debe evitar afilar en exceso. Conforme este ángulo se afecta la vida de la herramienta se aumenta mientras el acabado superficial se disminuye. En instancia esto será perdido si existen vibraciones. Radio de nariz: El radio de nariz conecta los filos laterales y finales, y debe ser mezclado, en cada uno de estos filos para poder facilitar el trabajo pesado. A pesar que los chaflanes son utilizados para poder dar forma al radio de nariz, los resultados más satisfactorios son cuando estos se hacen en forma de arco. Las herramientas de punta tienen un radio de nariz igual a cero, y el incrementar el radio de nariz desde cero evita una alta concentración de calor en la punta cortante. Cuando el radio de nariz es incrementado la vida de la herramienta y el acabado superficial son aumentados; también se presenta una reducción en las fuerzas de corte. Sin embargo, existe un limite del tamaño de nariz que debe ser considerado por que se presentaran vibraciones si este es demasiado grande.

3.4 Fluidos para Corte LUBRICANTES PARA METALES En el trabajo de maquinado de metales, especialmente donde intervienen tornos automáticos, fresadoras, máquinas roscadoras, etc., el frotamiento y el corte de los metales originan elevadas temperaturas que es necesario evitar a fin de facilitar la operación.



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Esto se consigue con el empleo de líquidos lubricantes especiales para el maquinado; estos liquidas se proyectan o aplican a la herramienta y al material en el punto de contacto durante la operación. Los líquidos lubricantes facilitan el trabajo en distintas formas: En primer término, mantienen la herramienta y la pieza a una temperatura moderada, que reduce el desgaste de la herramienta. Además al evitar una dilatación excesiva, simplifican la tarea del terminado de la pieza con la medida exacta prevista. En segundo término, los lubricantes especiales para maquinado reducen el consumo de energía debido a sus propiedades lubricantes. En tercer lugar, impiden que la viruta de desalojo se suelde a la herramienta, cosa que puede ocurrir cuando se maquinan aceros tenaces. Tienen además estos lubricantes. la propiedad de mejorar la terminación de las superficies, arrastrar las virutas y proteger contra la corrosión. Antes de la aparición de estos productos en el mercado, era común en los talleres de maquinado de metales el empleo de agua jabonosa con pequeños agregados de querosén también soluciones acuosas de carbonato de sodio preparadas sin ningún contralor; pero estas soluciones no tienen un efecto lubricante apreciable y actúan virtualmente tan solo por medio de enfriamiento. Los aceites para maquinado se clasifican en dos grupos principales que comprenden: ACEITES EMULSIONABLES Y ACEITES PUROS Los primeros forman emulsiones con el agua y son aplicados en esta forma. Los aceites son compuestos de aceites minerales combinados con aceites de origen animal. Las propiedades que debe tener el aceite para maquinado de metales dependen de las operaciones a que se destina en particular. Pese a estas consideraciones de orden técnico, las mismas pueden ser modificadas en el campo de la práctica de acuerdo al tipo de metal que se trabaja y la clase de operación que se efectúa. La preparación de estos compuestos para el maquinado de metales, es una base promisora para la iniciación de una industria que bien JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA estudiada y perfeccionada con acertado criterio práctico, puede ser fuente de recursos para el futuro de los jóvenes emprendedores. Veamos algunas fórmulas de lubricantes del tipo que nos ocupa, comenzando por los más simples, pero de reconocida eficacia. Fórmula Vaselina líquida liviana

………………… 290 cc

Agua Pura …………………………………… 250 cc

Aceite Rojo …………………………………. 90 cc Soda Caustica

………………………….. 10 gr

La preparación se hace en dos partes: primero se disuelve la soda cáustica en el agua; aparte se mezcla el aceite rojo con la vaselina líquida, agitando bien, y después se incorpora la primera disolución agitando prolijamente el preparado, que debe presentar un aspecto lechoso, quedando listo para envasar. COMPUESTO DE ACEITE PARA CORTAR Se trata de una mezcla de aceite mineral liviano, con un 15 a 30 % de aceite de grasa de cerdo. Esta variación en el porcentaje de grasa de cerdo depende de las operaciones de maquinado a que se destine y de las velocidades desarrolladas en las mismas. especialmente indicado para tornear, taladrar y fresar acero y hierro Está forjado. Es conveniente que el aceite de grasa de cerdo no contengan más del 5% de ácidos grasas libres, pues en las temperaturas desarrolladas durante el corte y la fricción, estos ácidos suelen atacar el metal.

3.5 Evaluación



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4. UNIDAD 4: OPERACIONES DE MAQUINADO

Todas la operaciones de maquinado conllevan a la formación de viruta a través de la deformación de la pieza de trabajo con ayuda de una herramienta de corte. Además la cantidad de deformación de material que sufre no solo determina la calidad de superficies maquinadas. En principio este capítulo trata del estudio de los diferentes tipos de operaciones que son de uso común el maquinado de metales, y como estos se interrelacionan, para dar origen a un producto.

4.1 Torneado y operaciones afines TORNEADO Y OPERACIONES AFINES Se denomina torno (del latín tornus, y este del griego τόρνος, giro, vuelta)

a un conjunto de máquinas herramienta que permiten mecanizar piezas de forma geométrica de revolución. Estas máquinas-herramienta operan haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el cabezal o fijada entre los puntos de centraje) mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta de acuerdo con las condiciones tecnológicas de mecanizado adecuadas. Desde el inicio de la Revolución industrial, el torno se ha convertido en una máquina básica en el proceso industrial de mecanizado. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA El torno es una máquina que trabaja en el plano porque solo tiene dos ejes de trabajo, normalmente denominados Z y X. La herramienta de corte va montada sobre un carro que se desplaza sobre unas guías o rieles paralelos al eje de giro de la pieza que se tornea, llamado eje Z; sobre este carro hay otro que se mueve según el eje X, en dirección radial a la pieza que se tornea, y puede haber un tercer carro llamado charriot que se puede inclinar, para hacer conos, y donde se apoya la torreta portaherramientas. Cuando el carro principal desplaza la herramienta a lo largo del eje de rotación, produce el cilindrado de la pieza, y cuando el carro transversal se desplaza de forma perpendicular al eje de simetría de la pieza se realiza la operación denominada refrentado. Los tornos copiadores, automáticos y de Control Numérico llevan sistemas que permiten trabajar a los dos carros de forma simultánea, consiguiendo cilindrados cónicos y esféricos. Los tornos paralelos llevan montado un tercer carro, de accionamiento manual y giratorio, llamado charriot, montado sobre el carro transversal. Con el charriot inclinado a los grados necesarios es posible mecanizar conos. Encima del charriot va fijada la torreta portaherramientas. TIPOS DE TORNOS Actualmente se utilizan en las industrias de mecanizados los siguientes tipos de tornos que dependen de la cantidad de piezas a mecanizar por serie, de la complejidad de las piezas y de la envergadura de las piezas TORNO PARALELO El torno paralelo o mecánico es el tipo de torno que evolucionó partiendo de los tornos antiguos cuando se le fueron incorporando nuevos equipamientos que lograron convertirlo en una de las máquinas herramienta más importante que han existido. Sin embargo, en la actualidad este tipo de torno está quedando relegado a realizar tareas poco importantes, a utilizarse en los talleres de aprendices y en los talleres de mantenimiento para realizar trabajos puntuales o especiales.



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Fig. 20

TORNO COPIADOR Se llama torno copiador a un tipo de torno que operando con un dispositivo hidráulico y electrónico permite el torneado de piezas de acuerdo a las características de la misma siguiendo el perfil de una plantilla que reproduce el perfil de la pieza. Este tipo de tornos se utiliza para el torneado de aquellas piezas que tienen diferentes escalones de diámetros, que han sido previamente forjadas o fundidas y que tienen poco material excedente. También son muy utilizados estos tornos en el trabajo de la madera y del mármol artístico para dar forma a las columnas embellecedoras. La preparación para el mecanizado en un torno copiador es muy sencilla y rápida y por eso estas máquinas son muy útiles para mecanizar lotes o series de piezas que no sean muy grandes.



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Fig. 21

TORNO REVÓLVER El torno revólver es una variedad de torno diseñado para mecanizar piezas sobre las que sea posible el trabajo simultáneo de varias herramientas con el fin de disminuir el tiempo total de mecanizado. Las piezas que presentan esa condición son aquellas que, partiendo de barras, tienen una forma final de casquillo o similar. Una vez que la barra queda bien sujeta mediante pinzas o con un plato de garras, se va taladrando, mandrinando, roscando o escariando la parte interior mecanizada y a la vez se puede ir cilindrando, refrentando, ranurando, roscando y cortando con herramientas de torneado exterior.



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Fig. 22

TORNO AUTOMÁTICO Se llama torno automático a un tipo de torno cuyo proceso de trabajo está enteramente automatizado. La alimentación de la barra necesaria para cada pieza se hace también de forma automática, a partir de una barra larga que se inserta por un tubo que tiene el cabezal y se sujeta mediante pinzas de apriete hidráulico. Estos tornos pueden ser de un solo husillo o de varios husillos: • Los de un solo husillo se emplean básicamente para el mecanizado de

piezas pequeñas que requieran grandes series de producción. • Cuando se trata de mecanizar piezas de dimensiones mayores se

utilizan los tornos automáticos multihusillos donde de forma programada en cada husillo se va realizando una parte del mecanizado de la pieza.



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA TORNO VERTICAL El torno vertical es una variedad de torno diseñado para mecanizar piezas de gran tamaño, que van sujetas al plato de garras u otros operadores y que por sus dimensiones o peso harían difícil su fijación en un torno horizontal. Los tornos verticales tienen el eje dispuesto verticalmente y el plato giratorio sobre un plano horizontal, lo que facilita el montaje de las piezas voluminosas y pesadas. Es pues el tamaño lo que identifica a estas máquinas, permitiendo el mecanizado integral de piezas de gran tamaño.

Fig. 23 TORNO CNC El torno CNC es tipo de torno mediante control numéricomuy por computadora. Seuncaracteriza poroperado ser una máquina herramienta eficaz para mecanizar piezas de revolución. Ofrece una gran capacidad de producción y precisión en el mecanizado por su estructura funcional y porque la trayectoria de la herramienta de JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA torneado es controlada a través del ordenador que lleva incorporado, el cual procesa las órdenes de ejecución contenidas en un software que previamente ha confeccionado un programador conocedor de la tecnología de mecanizado en torno.

Fig. 24 ESTRUCTURA DEL TORNO El torno tiene cuatro componentes principales: • Bancada:

sirve de soporte para las otras unidades del torno. En su parte superior lleva unas guías por las que se desplaza el cabezal móvil o contrapunto y el carro principal. • Cabezal fijo:

contiene los engranajes o poleas que impulsan la pieza de trabajo y las unidades de avance. Incluye el motor, el husillo, el selector de velocidad, el selector de unidad de avance y el selector de sentido de avance. Además sirve para soporte y rotación de la pieza de trabajo que se apoya en el husillo. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA • Contrapunto: el contrapunto es el elemento que se utiliza para servir de

apoyo y poder colocar las piezas que son torneadas entre puntos, así como otros elementos tales como portabrocas o brocas para hacer taladros en el centro de los ejes. Este contrapunto puede moverse y fijarse en diversas posiciones a lo largo de la bancada. • Carros portaherramientas:

Consta del carro principal, que produce los movimientos de avance y profundidad de pasada y del carro transversal, que se desliza transversalmente sobre el carro principal. En los tornos paralelos hay además un carro superior orientable, formado a su vez por tres piezas: la base, el charriot y el porta herramientas. Su base está apoyada sobre una plataforma giratoria para orientarlo en cualquier dirección. o chuck: Su función consiste en sujetar la pieza a maquinar, hay varios tipos como el chuck independiente de 4 mordazas o el universal mayormente empleado en el taller mecánico al igual hay chuck magnéticos y de seis mordazas. • Cabezal giratorio

EQUIPO AUXILIAR Se requieren ciertos accesorios, como sujetadores para la pieza de trabajo, soportes y portaherramientas. Algunos accesorios comunes incluyen: • Plato de sujeción de garras :

sujeta la pieza de trabajo en el cabezal y

transmite el movimiento. • Centros: soportan la pieza de trabajo en el cabezal y en la contrapunta. • Perno de arrastre:

Se fija en el plato de torno y en la pieza de trabajo y le transmite el movimiento a la pieza cuando está montada entre centros. • Soporte fijo o luneta fija :

soporta el extremo extendido de la pieza de trabajo cuando no puede usarse la contrapunta. • Soporte móvil o luneta móvil :

se monta en el carro y permite soportar piezas de trabajo largas cerca del punto de corte. • Torreta portaherramientas con alineación múltiple . JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA • Plato de arrastre: para amarrar piezas de difícil sujección. • Plato de garras independientes:

tiene 4 garras que actúan de forma

independiente unas de otras. MOVIMIENTOS DE TRABAJO EN LA OPERACIÓN DE TORNEADO por lo general se imparte a la pieza que gira rotacionalmente sobre su eje principal. Este movimiento lo imprime un motor eléctrico que transmite su giro al husillo principal mediante un sistema de poleas o engranajes. • Movimiento de corte:

El husillo principal tiene acoplado a su extremo distintos sistemas de sujeción (platos de garras, pinzas, mandrinos auxiliares u otros), los cuales sujetan la pieza a mecanizar. Los tornos tradicionales tienen una gama fija de velocidades de giro, sin embargo los tornos modernos de Control Numérico la velocidad de giro del cabezal es variable y programable y se adapta a las condiciones óptimas que el mecanizado permite. es el movimiento de la herramienta de corte en la dirección del eje de la pieza que se está trabajando. En combinación con el giro impartido al husillo, determina el espacio recorrido por la herramienta por cada vuelta que da la pieza. Este movimiento también • Movimiento de avance:

puede no ser paralelo al eje, produciéndose así conos. En ese caso se gira el carro charriot, ajustando en una escala graduada el ángulo requerido, que será la mitad de la conicidad deseada. Los tornos convencionales tiene una gama fija de avances, mientras que los tornos de Control Numérico los avances son programables de acuerdo a las condiciones óptimas de mecanizado y los desplazamientos en vacío se realizan a gran velocidad. movimiento de la herramienta de corte que determina la profundidad de material arrancado en cada pasada. La cantidad de material factible de ser arrancada depende del perfil del útil de corte usado, el tipo de material mecanizado, la velocidad de corte, potencia de la máquina, avance, etc. • Profundidad de pasada:



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA para regular el trabajo de torneado los carros del torno llevan incorporado unos nonios en forma de tambor graduado, donde cada división indica el desplazamiento que tiene el carro, ya sea el longitudinal, el transversal o el charriot. La medida se va conformando de forma manual por el operador de la máquina por lo que se requiere que sea una persona muy experta quien lo manipule si se trata de conseguir dimensiones con tolerancias muy estrechas. Los tornos de control numérico ya no llevan nonios sino que las dimensiones de la pieza se introducen en el programa y estas se consiguen automáticamente. • Nonios de los carros:

OPERACIONES DE TORNEADO Cilindrado Estapiezas operación consistemecanizados en la mecanización exterior la queefectuar se somete a las que tienen cilíndricos. Paraapoder esta operación, con el carro transversal se regula la profundidad de pasada y, por tanto, el diámetro del cilindro, y con el carro paralelo se regula la longitud del cilindro. El carro paralelo avanza de forma automática de acuerdo al avance de trabajo deseado. En este procedimiento, el acabado superficial y la tolerancia que se obtenga puede ser un factor de gran relevancia. Para asegurar calidad al cilindrado el torno tiene que tener bien ajustada su alineación y concentricidad. El cilindrado se puede hacer con la pieza al aire sujeta en el plato de garras, si es corta, o con la pieza sujeta entre puntos y un perro de arrastre, o apoyada en luneta fija o móvil si la pieza es de grandes dimensiones y peso. Para realizar el cilindrado de piezas o ejes sujetos entre puntos, es necesario previamente realizar los puntos de centraje en los ejes. Cuando el cilindrado se realiza en el hueco de la pieza se llama mandrinado.



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Fig. 25

Refrentado Esquema de torneado cilíndrico. La operación de refrentado consiste en un mecanizado frontal y perpendicular al eje de las piezas que se realiza para producir un buen acoplamiento en el montaje posterior de las piezas torneadas. Esta operación también es conocida como fronteado. La problemática que tiene el refrentado es que la velocidad de corte en el filo de la herramienta va disminuyendo a medida que avanza hacia el centro, lo que ralentiza la operación. Para mejorar este aspecto muchos tornos modernos incorporan variadores de velocidad en el cabezal de tal forma que se puede ir aumentando la velocidad de giro de la pieza.



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Fig. 26

Ranurado El ranurado consiste en mecanizar unas ranuras cilíndricas de anchura y profundidad variable en las piezas que se tornean, las cuales tienen muchas utilidades diferentes. Por ejemplo, para alojar una junta tórica, para salida de rosca, para arandelas de presión, etc. En este caso la herramienta tiene ya conformado el ancho de la ranura y actuando con el carro transversal se le da la profundidad deseada. Los canales de las poleas son un ejemplo claro de ranuras torneadas.



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Fig. 27

Roscado en el torno Hay dos sistemas de realizar roscados en los tornos, de un lado la tradicional utilizan con los tornos paralelos, Caja de Norton, y de otra la queque se realiza los tornos CNC, mediante donde losladatos la roscas van totalmente programados y ya no hace falta la caja Norton para realizarlo.

Para efectuar un roscado con herramienta hay que tener en cuenta lo siguiente: • Las roscas pueden ser exteriores

(tornillos) o bien interiores

(tuercas), debiendo ser sus magnitudes coherentes para que ambos elementos puedan enroscarse. • Los elementos que figuran en la tabla son los que hay que tener en

cuenta a la hora de realizar una rosca en un torno: JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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Fig. 28

4.2 Taladrado y operaciones afines TALADRADORA La taladradora es una máquina herramienta donde se mecanizan la mayoría de los agujeros que se hacen a las piezas en los talleres mecánicos. Destacan estas máquinas por la sencillez de su manejo. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Tienen dos movimientos: El de rotación de la broca que le imprime el motor eléctrico de la máquina a través de una transmisión por poleas y engranajes, y el de avance de penetración de la broca, que puede realizarse de forma manual sensitiva o de forma automática, si incorpora transmisión para hacerlo. Se llama taladrar a la operación de mecanizado que tiene por objeto producir agujeros cilíndricos en una pieza cualquiera, utilizando como herramienta una broca. La operación de taladrar se puede hacer con un taladro portátil, con una máquina taladradora, en un torno, en una fresadora, en un centro de mecanizado CNC o en una mandrinadora. De todos los procesos de mecanizado, el taladrado es considerado como uno de los procesos más importantes debido a su amplio uso y facilidad de realización, puesto que es una de las operaciones de mecanizado más sencillas de realizar y que se hace necesario en la mayoría de componentes que se fabrican. Las taladradoras descritas en este artículo, se refieren básicamente a las utilizadas en las industrias metalúrgicas para el mecanizado de metales, otros tipos de taladradoras empleadas en las cimentaciones de edificios y obras públicas así como en sondeos mineros tienen otras características muy diferentes y serán objeto de otros artículos específicos.

Fig. 29 JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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PROCESO DE TALADRADO El taladrado es un término que cubre todos los métodos para producir agujeros cilíndricos en una pieza con herramientas de arranque de viruta. Además del taladrado de agujeros cortos y largos, también cubre el trepanado y los mecanizados posteriores tales como escariado, mandrinado, roscado y brochado. La diferencia entre taladrado corto y taladrado profundo es que el taladrado profundo es una técnica específica diferente que se utiliza para mecanizar agujeros donde su longitud es varias veces más larga(8-9) que su diámetro. Con el desarrollo de brocas modernas el proceso de taladrado ha cambiado de manera drástica, porque con las brocas modernas se consigue que un taladro macizo de diámetro grande se pueda realizar en una sola operación, sin necesidad de un agujero previo, ni de agujero guía, y que la calidad del mecanizado y exactitud del agujero evite la operación posterior de escariado. Como todo proceso de mecanizado por arranque de viruta la evacuación de la misma se torna crítica cuando el agujero es bastante profundo, por eso el taladrado está restringido según sean las características del mismo. Cuanto mayor sea su profundidad, más importante es el control del proceso y la evacuación de la viruta.[4] PRODUCCIÓN DE AGUJEROS Los factores principales que caracterizan un agujero desde el punto de vista de su mecanizado son: • Diámetro • Calidad superficial y tolerancia • Material de la pieza • Material de la broca JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA • Longitud del agujero • Condiciones tecnológicas del mecanizado • Cantidad de agujeros a producir • Sistema de fijación de la pieza en el taladro.

Casi la totalidad de agujeros que se realizan en las diferentes taladradoras que existen guardan relación con la tornillería en general, es decir la mayoría de agujeros taladrados sirven para incrustar los diferentes tornillos que se utilizan para ensamblar unas piezas con otras de los mecanismos o máquinas de las que forman parte. Según este criterio hay dos tipos de agujeros diferentes los que son pasantes y atraviesan en su totalidad la piezaeny los sonsin ciegos y soloa se introducen una longitud determinada la que pieza llegarla traspasar, tanto unos como otros pueden ser lisos o pueden ser roscados. Respecto de los agujeros pasantes que sirven para incrustar tonillos en ellos los hay de entrada avellanada, para tornillos de cabeza plana, agujeros de dos diámetros para insertar tornillos allen y agujeros cilíndricos de un solo diámetro con la cara superior refrentada para mejorar el asiento de la arandela y cabeza del tornillo. El diámetro de estos agujeros corresponde con el diámetro exterior que tenga el tornillo. Respecto de los agujeros roscados el diámetro de la broca del agujero debe ser la que corresponda de acuerdo con el tipo de rosca que se utilice y el diámetro nominal del tornillo. En los tornillos ciegos se debe profundizar más la broca que la longitud de la rosca por problema de la viruta del macho de roscar. REPRESENTACIÓN ROSCADOS

GRÁFICA

DE

LOS

AGUJEROS

CIEGOS



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Fig. 30

Parámetros de corte del taladrado Los parámetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso de taladrado son los siguientes: • Elección del tipo de broca más adecuado • Sistema de fijación de la pieza • Velocidad de corte (V ) de la broca expresada de metros/minuto • Diámetro exterior de la broca u otra herramienta • Revoluciones por minuto (rpm) del husillo portabrocas • Avance en mm/rev, de la broca • Avance en mm/mi de la broca • Profundidad del agujero • Esfuerzos de corte • Tipo de taladradora y accesorios adecuados

Velocidad de corte Se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la broca u otra herramienta que se utilice en la taladradora (Escariador, macho de roscar, etc). La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA (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 broca que se utilice, 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 husillo portafresas según la siguiente fórmula:

Donde Vc es la velocidad de corte, n es la velocidad de rotación de la herramienta y Dc es el diámetro de la herramienta. La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de la herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. Los fabricantes de herramientas y prontuarios de mecanizado, ofrecen datos orientativos sobre la velocidad de corte adecuada de las herramientas para una duración determinada de la herramienta, por ejemplo, 15 minutos. En ocasiones, es deseable ajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la herramienta, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de corrección. La relación entre este factor de corrección y la duración de la herramienta en operación de corte no es lineal.

VELOCIDAD DE ROTACIÓN DE LA BROCA La velocidad de rotación del husillo portaborcas se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm). En las taladradoras convencionales hay una gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de velocidades de la JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA caja de cambios de la máquina. En las taladradoras de control numérico, esta velocidad es controlada con un sistema de realimentación que habitualmente utiliza un variador de frecuencia y puede seleccionarse una velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades, hasta una velocidad máxima. La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a la velocidad de corte y al diámetro de la herramienta.

VELOCIDAD DE AVANCE El avance o velocidad de avance en el taladrado 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 taladrado. Cada broca puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance por cada revolución de la herramienta, denominado avance por revolución (frev). Este rango depende fundamentalmente del diámetro de la broca, de la profundidad del agujero, además del tipo de material de la pieza y de la calidad de la broca. Este rango de velocidades se determina experimentalmente y se encuentra en los catálogos de los fabricantes de brocas. Además esta velocidad está limitada por las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potencia del motor de avance de la máquina. El grosor máximo de viruta en mm es el indicador de limitación más importante para una broca. El filo de corte de las herramientas se prueba para que tenga un valor determinado entre un mínimo y un máximo de grosor de la viruta. La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la velocidad de rotación de la herramienta.



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Al igual que convencionales con la velocidad rotacióndedeavance la herramienta, en las taladradoras la de velocidad se selecciona de una gama de velocidades disponibles, mientras que las taladradoras de control numérico pueden trabajar con cualquier velocidad de avance hasta la máxima velocidad de avance de la máquina. Efectos de la velocidad de avance • Decisiva para la formación de viruta • Afecta al consumo de potencia • Contribuye a la tensión mecánica y térmica

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.

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

TIEMPO DE MECANIZADO



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Para poder calcular el tiempo de mecanizado de un taladro hay que tener en cuenta la longitud de aproximación y salida de la broca de la pieza que se mecaniza. La longitud de aproximación depende del diámetro de la broca.

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 broca, 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 enen unN/mm2. coeficiente denominado K x. La fuerza específica de corte se expresa POTENCIA DE CORTE La potencia de corte Pc necesaria para efectuar 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 taladradora. Se expresa en kilovatios (kW). Esta fuerza específica de corte F c, 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 (.) 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. donde : • Pc es la potencia de corte (kW) • Ac es el diámetro de la broca (mm) • f es la velocidad de avance (mm/min) • Fc

es la fuerza específica de corte (N/mm2)



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA • ρ Es el rendimiento o la eficiencia de la máquina.

GESTIÓN ECONÓMICA DEL TALADRADO Cuando los ingenieros diseñan una máquina, un equipo o un utensilio, lo hacen mediante el acoplamiento de una serie de componentes de materiales diferentes y que requieren procesos de mecanizado para conseguir las tolerancias de funcionamiento adecuado. Centro de mecanizado con almacén de herramientas. La suma del coste de la materia prima de una pieza, el coste del proceso de mecanizado y el coste de las piezas fabricadas de forma defectuosa constituyen el coste total de una pieza. Desde siempre el desarrollo tecnológico ha tenido como objetivo conseguir la máxima calidad posible de los componentes así como el precio más bajo posible tanto de la materia prima como de los costes de mecanizado. Para reducir el coste de taladrado y del mecanizado en general se ha actuado en los siguientes frentes: • Conseguir materiales cada vez mejor mecanizables, materiales que una

vez mecanizados en blando son endurecidos mediante tratamientos térmicos que mejoran de forma muy sensible sus prestaciones mecánicas de dureza y resistencia principalmente. • Conseguir herramientas de mecanizado de una calidad extraordinaria

que permite aumentar de forma considerable las condiciones tecnológicas del mecanizado, o sea, más revoluciones del husillo portabrocas , más avance de trabajo de la broca y más tiempo de duración de su filo de corte. • Conseguir taladradoras , más robustas, rápidas, precisas y adaptadas a

las necesidades de producción que consiguen reducir sensiblemente el tiempo de mecanizado así como conseguir piezas de mayor calidad y tolerancia más estrechas. Para disminuir el índice de piezas defectuosas se ha conseguido automatizar al máximo el trabajo de las taladradoras, disminuyendo drásticamente el taladrado manual, y construyendo taladradoras JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA automáticas muy sofisticadas o guiados por control numérico que ejecutan un mecanizado de acuerdo a un programa establecido previamente.

Fig. 31

4.3 Fresado El fresado consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes, labios o plaquitas de metal duro, que ejecuta movimientos de avance programados de la mesa de trabajo en casi cualquier dirección de los tres ejes posibles en los que se puede desplazar la mesa donde va fijada la pieza que se mecaniza. Con el uso creciente de las fresadoras de control numérico están aumentando las operaciones de fresado que se pueden realizar con este tipo de máquinas, siendo así que el fresado se ha convertido en un método polivalente de mecanizado. El desarrollo de las herramientas ha contribuido también a crear nuevas posibilidades de fresado además de incrementar de forma considerable la productividad, la calidad y exactitud de las operaciones realizadas. HERRAMIENTAS DE FRESAR Las herramientas de fresar se caracterizan por su diámetro exterior, el número de dientes, el paso de los dientes (entendido por paso la distancia que existe entre dos dientes consecutivos) y el sistema de fijación de la fresa en la máquina. TIPOS DE FRESADO JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA En las fresadoras universales utilizando los accesorios adecuados o en las fresadoras de control numérico se puede realizar la siguiente relación de fresados: Planeado. La aplicación más frecuente de fresado es el planeado que tiene por objetivo conseguir superficies planas. Para el planeado se utilizan generalmente fresas de planear de plaquitas intercambiables de metal duro, existiendo una gama muy variada de diámetros de estas fresas y del número de plaquitas que monta cada fresa. Los fabricantes de plaquitas recomiendan como primera opción el uso de plaquitas redondas o con ángulos de 45º como alternativa. •

Fresado en escuadra. El fresado en escuadra es una variante del planeado que consiste en dejar escalones perpendiculares en la pieza •

que se mecaniza. Para ello se utilizan plaquitas cuadradas situadas en el portaherramientas de forma adecuada. Cubicaje. La operación de cubicaje es muy común en fresadoras verticales u horizontales y consiste en preparar los tarugos de metal u otro material como mármol o granito en las dimensiones cúbicas adecuadas para operaciones posteriores. Este fresado también se realiza con fresas de planear de plaquitas intercambiables. •

•

Corte. Una de las operaciones iniciales de mecanizado que hay que

realizar consiste muchas veces y en cortarcomerciales las piezasdea una la longitud longitud determinada partiendo de barras perfiles mayor. Para el corte industrial de piezas se utilizan indistintamente sierras de cinta o fresadoras equipadas con fresas cilíndricas de corte. Lo significativo de las fresas de corte es que pueden ser de acero rápido o de metal duro. Se caracterizan por ser muy delgadas (del orden de 3 mm aunque puede variar), tener un diámetro grande y un dentado muy fino. Un ejemplo de las características de una fresa de corte sería el siguiente: diámetro de 200 mm, espesor de 3 mm, diámetro del agujero de 32 mm y 128 dientes: Fina 128, Gruesa 64.[2] Ranurado recto. Para el fresado de ranuras rectas se utilizan generalmente fresas cilíndricas con la anchura de la ranura y a menudo, para aumentar la producción, se montan varias fresas en el eje portafresas permitiendo aumentar la productividad de mecanizado. Al montaje de varias fresas cilíndricas se le denomina tren de fresas o •



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA fresas compuestas. Las fresas cilíndricas se caracterizan por tener tres aristas de corte: la frontal y las dos laterales. En la mayoría de aplicaciones se utilizan fresas de acero rápido ya que las de metal duro son muy caras y por lo tanto solo se emplean en producciones muy grandes Ranurado de forma. Se utilizan fresas de la forma adecuada a la ranura, que puede ser en forma de T, de cola de milano, etc. •

de chaveteros. Se utilizan fresas cilíndricas con mango, conocidas en el argot como bailarinas, que pueden cortar tanto en dirección perpendicular a su eje como paralela a este. •Ranurado

•

Copiado. Para el fresado en copiado se utilizan fresas con el perfil de

plaquita redondo a fin poder realizar operaciones mecanizado en orografías y perfiles dede caras cambiantes. Existen dosde tipos de fresas de copiar: las de perfil de media bola y las de canto redondo o tóricas. Fresado de cavidades. En este tipo de operaciones se aconseja realizar un taladro previo y a partir del mismo y con fresas adecuadas abordar el mecanizado de la cavidad teniendo en cuenta que los radios de la cavidad deben ser al menos un 15% superior al radio de la fresa. •

Torno-fresador. Este tipo de mecanizado utiliza la interpolación circular en fresadoras de control numérico y sirve tanto para el torneado de agujeros de precisión como para el torneado exterior. El proceso combina la rotación de la pieza y de la herramienta de fresar siendo posible conseguir una superficie cilíndrica. Esta superficie puede ser concéntrica respecto a la línea central de rotación de la pieza, o puede ser excéntrica si se desplaza el fresado hacia arriba o hacia abajo. Con el desplazamiento axial es posible alcanzar la longitud requerida. •

Fresado de roscas. El fresado de roscas requiere una fresadora capaz de realizar interpolación helicoidal simultánea en dos grados de libertad: la rotación de la pieza respecto al eje de la hélice de la rosca y la traslación de la pieza en la dirección de dicho eje. •

Fresado frontal. Consiste en el fresado que se realiza con fresas helicoidales cilíndricas que atacan frontalmente la operación de fresado. En las fresadoras de control numérico se utilizan cada vez más fresas de •



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA metal duro totalmente integrales que permiten trabajar a velocidades muy altas. • Fresado de engranajes.

El fresado de engranajes apenas se realiza ya

en fresadoras universales mediante el plato divisor, sino que se hacen en máquinas especiales llamadas talladoras de engranajes y con el uso de fresas especiales del módulo de diente adecuado. escariado y mandrinado. Estas operaciones se realizan habitualmente en las fresadoras de control numérico dotadas de un almacén de herramientas y utilizando las herramientas adecuadas para cada caso. •Taladrado,

•

Mortajado. Consiste en mecanizar chaveteros en los agujeros, para lo

cual se utilizan brochadoras bien un accesorio especial que se acopla al cabezal de las fresadoras ouniversales y transforma el movimiento de rotación

4.4 Centros de maquinado TORNO DE CONTROL NUMÉRICO CNC. Torno de control numérico o torno CNC se a unapiezas máquina herramienta del tipo tornor que se utiliza pararefiere mecanizar de revolución mediante un software de computadora que utiliza datos alfanuméricos,[1] siguiendo los ejes cartesianos X,Y,Z. Se utiliza para producir en cantidades y con precisión porque la computadora que lleva incorporado controla la ejecución de la pieza. Un torno CNC puede hacer todos los trabajos que normalmente se realizan mediante diferentes tipos de torno como paralelos, copiadores, revólver, automáticos e incluso los verticales. Su rentabilidad depende del tipo de pieza que que mecanizar en se unamecanice serie. y de la cantidad de piezas que se tengan



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Fig. 32

CONTROL NUMÉRICO El primer desarrollo en el área del control numérico lo realizó el inventor norteamericano John T. Parsons juntonumérico con su empleado L. Stulen, en la década de 1940. El control (CN) es Frank un sistema de automatización para máquinas herramientas en que se utilizan números, letras y símbolos. Cuando cambia la tarea a realizar, se cambia el programa de instrucciones. Los caracteres establecidos para estos programas están regidos por las normas DIN 66024 y 66025. Algunos de los caracteres son: - corresponde al número de bloque o secuencia. Luego de la letra se coloca el número del o los bloques que se deben programar. El número de bloques debe estar comprendido entre 1 y 9999. •N

- corresponde a los ejes de coordenadas X, Y, Z de la máquina herramienta. En los tornos solo se utilizan las coordenadas X y Z. El eje Z corresponde al desplazamiento longitudinal de la herramienta en las operaciones de cilindrado mientras que el X es para el movimiento transversal en las operaciones de refrentado y es perpendicular al eje principal de la máquina. El eje Y opera la altura de las herramientas del CNC. • X, Y, Z

- son funciones preparatorias que informan al control las características de las funciones de mecanizado. Está acompañado de un número de dos cifras para programar hasta 100 funciones. • G



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Fig. 33

FUNCIONAMIENTO Los ejes X, Y y Z pueden desplazarse simultáneamente en forma intercalada, dando como resultado mecanizados cónicos o esféricos según la geometría de las piezas. Las herramientas se colocan en portaherramientas que se sujetan a un cabezal que puede alojar hasta 20 portaherramientas diferentes que rotan según el programa elegido, facilitando la realización de piezas complejas. En el programa de mecanizado se pueden introducir como parámetros la velocidad de giro de cabezal porta piezas, el avance de los carros longitudinal y transversal y las cotas de ejecución de la pieza. La máquina opera a velocidades de corte y avance muy superiores a los tornos convencionales por lo que se utilizan herramientas de metal duro o de cerámica para disminuir la fatiga de materiales.

ARQUITECTURA GENERAL DE UN TORNO CNC Las características propias de los tornos CNC respecto de un torno normal universal son las siguientes: MOTOR Y CABEZAL PRINCIPAL Este motor limita la potencia real de la máquina y es el que provoca el movimiento giratorio de las piezas, normalmente los tornos actuales CNC equipan un motor de corriente continua, que actúa directamente sobre el JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA husillo con una transmisión por poleas interpuesta entre la ubicación del motor y el husillo, siendo innecesario ningún tipo de transmisión por engranajes. Estos motores de corriente continua proporcionan una variedad de velocidades de giro casi infinita desde cero a un máximo determinado por las características del motor, que es programable con el programa de ejecución de cada pieza. Muchos motores incorporan dos gamas de velocidades uno para velocidades lentas y otro para velocidades rápidas, con el fin de obtener los pares de esfuerzo más favorables. El husillo lleva en su extremo la adaptación para los correspondientes platos de garra y un hueco para poder trabajar con barra. Las características del motor y husillo principal de un torno CNC pueden ser las siguientes:[3] • Diámetro agujero husillo principal: 100 mm • Nariz husillo principal: DIN 55027 Nº 8 / Camclock Nº 8 • Cono Morse Nº 2 • Gama de velocidades: 2 • Velocidad variable del husillo: I: 0 -564 rpm II: 564-2000 rpm • Potencia motor: 15 kw

BANCADA Y CARROS DESPLAZABLES Husillo de bolas con rosca redondeada rectificada. • Para poder facilitar el desplazamiento rápido de los carros longitudinal y

transversal, las guías sobre las que se deslizan son templadas y rectificadas con una dureza del orden de 450 HB. Estas guías tienen un sistema automatizado de engrase permanente. • Los husillos de los carros son de bolas templadas y rectificadas

asegurando una gran precisión en los desplazamientos, estos husillos funcionan por el principio de recirculación de bolas, mediante el cual un tornillo sin fin tiene un acoplamiento a los respectivos carros. Cuando el tornillo sin fin gira el carro se desplaza longitudinalmente a través de las JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA guías de la bancada. Estos tornillos carecen de juego cuando cambian de sentido de giro y apenas ofrecen resistencia. Para evitar los daños de una colisión del carro con algún obstáculo incorporan un embrague que desacopla el conjunto y detiene la fuerza de avance.[4] • Cada carro tiene un motor independiente que pueden ser servomotores

o motores encoder que se caracterizan por dar alta potencia y alto par a bajas revoluciones. Estos motores funcionan como un motor convencional de Motor de corriente alterna, pero con un encoder conectado al mismo. El encoder controla las revoluciones exactas que da el motor y frena en el punto exacto que marque la posición programada de la herramienta. Por otra parte la estructura de la bancada determina las dimensiones máximas de las piezas que se puedan mecanizar. Ejemplo de las especificaciones de la bancada de un torno CNC: • Altura entre puntos: 375 mm • Diámetro admitido sobre bancada: 760 mm • Diámetro sobre carro longitudinal 675 • Diámetro admitido sobre carro transversal. 470 mm • Avance de trabajo ejes Z, X. 0 -10000 mm/min • Desplazamientos rápidos ejes Z, X 15/10 m/min • Fuerza empuje longitudinal 9050 N • Fuerza empuje transversal 9050 N

A pesar de la calidad de los elementos que intervienen en la movilidad de los carros longitudinal y transversal no hay garantía total de poder conseguir la posición de las herramientas en la cota programada. Para corregir los posibles fallos de posicionamiento hay dos sistemas electrónicos uno de ellos directo y el otro sistema indirecto. El sistema de ajuste de posicionamiento directo utiliza una regla de medida situada en cada una de las guías de las bancadas, donde actúa un lector óptico que mide exactamente la posición del carro, transfiriendo a la UCP (Unidad JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Central de Proceso) las desviaciones que existen donde automáticamente se reprograma hasta conseguir la posición correcta. PORTAHERRAMIENTAS El torno CNC utiliza un tambor como portaherramientas donde pueden ir ubicados de seis a veinte herramientas diferentes, según sea el tamaño del torno, o de su complejidad. El cambio de herramienta se controla mediante el programa de mecanizado, y en cada cambio, los carros retroceden a una posición donde se produce el giro y la selección de la herramienta adecuada para proseguir el ciclo de mecanizado. Cuando acaba el mecanizado de la pieza los carros retroceden a la posición inicial de retirada de la zona de trabajo para que sea posible realizar el cambio de piezas sin problemas. El tambor portaherramientas, conocido como revólver, lleva incorporado un servomotor que lo hace girar, y un sistema hidráulico o neumático que hace el enclavamiento del revolver, dando así una precisión que normalmente está entre 0.5 y 1 micra de milímetro. Las herramientas tienen que ser ajustadas a unas coordenadas adecuadas en un accesorio externo a los tornos de acuerdo con las cotas que indique el programa. En la mayoría de los casos se trabaja con plaquitas intercambiables de metal duro, con lo cual, cuando se necesita reponer la plaquita, no hace falta desmontar el portaherramientas de su alojamiento.



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Fig. 34 DETALLES DEL PROTAHERRAMIENTA ACCESORIOS Y PERIFÉRICOS Se conocen como accesorios de una máquina aquellos equipamientos que formando parte de la misma son adquiridos a un proveedor externo, porque son de aplicación universal para ese tipo de máquina. Por ejemplo la batería de un automóvil es un accesorio de mismo. Todas las máquinas que tienen incorporado su funcionamiento CNC, necesitan una serie de accesorios que en el caso de un torno se concretan en los siguientes:

• UCP (Unidad de Control de Proceso) • Gráficos dinámicos de sólidos y de trayectoria • Editor de perfiles • Periféricos de entrada JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA • Periféricos de salida

UCP (UNIDAD CENTRAL DE PROCESO) La UCP o CPU es el cerebro de cálculo de la máquina, gracias al microprocesador que incorpora. La potencia de cálculo de la máquina la determina el microprocesador instalado. A cada máquina se le puede instalar cualquiera de las UCP que hay en el mercado, por ejemplo: FAGOR, FANUC, SIEMENS, etc. Lo normal es que el cliente elige las características de la máquina que desea y luego elige la UCP que más le convenga por prestaciones, precio, servicio, etc. Las funciones principales encomendadas a la UCP es desarrollar las órdenes de mando y control que tiene que tener la máquina de acuerdo con el por programa de calcular mecanizado que el programador como ejemplo la posición exacta que haya debenestablecido, tener las herramientas en todo el proceso de trabajo, mediante el control del desplazamiento de los correspondientes carros longitudinal y transversal. También debe controlar los factores tecnológicos del mecanizado, o sea las revoluciones del husillo y los avances de trabajo y de desplazamiento rápido así como el cambio de herramienta. Por otra parte la UCP, integra las diferentes memorias del sistema, que pueden ser EPROM, ROM, RAM y TAMPON, que sirven para almacenar los programas y actuar como un disco duro de cualquier ordenador. Como periférico de entrada el más significativo e importante es el teclado que está instalado en el panel de mandos de la máquina, desde donde se pueden introducir correcciones y modificaciones al programa inicial, incluso elaborar un programa individual de mecanizado. Hay muchos tipos de periféricos de entrada con mayor o menor complejidad, lo que si tienen que estar construidos es a prueba de ambientes agresivos como los que hay en los talleres. Como periférico de salida más importante se encuentra el monitor que es por donde nos vamos informando del proceso de ejecución del mecanizado y podemos ver todos los valores de cada secuencia. También podemos controlar el desplazamiento manual de los carros y demás elementos móviles de la máquina. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA TRABAJOS PREVIOS PARA ELABORAR UN PROGRAMA DE MECANIZADO Antes de empezar a confeccionar un programa de mecanizado se tiene que conocer bien el mecanizado que se va a realizar en el torno y las dimensiones y características del material de partida, así como la cantidad de piezas que hay que componen la serie que hay que mecanizar. Con estos conocimientos previos, se establece el sistema de fijación de la pieza en el torno, las condiciones tecnológicas del mecanizado en cuanto a velocidad de corte, avance y número de pasadas. Igualmente se establecen los parámetros geométricos del mecanizado señalando las cotas de llegada y partida de las herramientas, así mismo se selecciona las herramientas que se van a utilizar y las calidades de las mismas. Velocidad de giro del cabezal. Este dato está en función de las características del material, del grado de mecanizado que se desee y del tipo de herramienta que se utilice. El programa permite adaptar cada momento la velocidad de giro a la velocidad más conveniente. Se representa por la letra (S) y puede expresarse como velocidad de corte o revoluciones por minuto del cabezal. Avance de trabajo. dos tipos avance paraolos carros, uno de ellos muy rápido, que esHay el avance dede aproximación retroceso al punto de partida, y otro que es el avance de trabajo. Este también está en función del tipo de material, calidad de mecanizado y grado de acabado superficial. El programa permite adaptar cada momento el avance que sea más conveniente. Se representa por la letra (F) y puede expresarse en milímetros por revolución o milímetros de avance por minuto. Otro factor importante a determinar es que todo programa debe indicar el lugar de posición que se ha elegido para referenciar la pieza que se llama "cero pieza".deA mecanizado. partir del cero El pieza se establece todaesla una geometría del programa control numérico máquina herramienta que nos ayuda en el mecanizado de piezas en metalmecánica. Sh



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Fig. 35 ESTRUCTURA DE UN PROGRAMA DE TORNEADO La estructura de un programa de torneado está conformado por una serie de secuencias y funciones donde se van programando las tareas que debe realizar la máquina de acuerdo con los parámetros de la pieza y las condiciones tecnológicas de su mecanizado. Existen varios fabricantes de ordenadores para tornos. En este artículo para ejemplarizar un tipo de programación se toma referencia el modelo 8050 que fabrica la empresa española Fagor.[10]



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Fig. 36 Piezas de ajedrez mecanizadas en un torno CNC. NÚMERO DE SECUENCIA N Se denomina secuencia al conjunto de órdenes no contradictorias que se pueden dar de una sola vez a la máquina. Se identifican por la letra N, y en un torno normal se pueden dar has 9999 órdenes sucesivas. Si el programa no es muy largo se pueden numerar de 10 en 10, por si es necesario introducir alguna orden complementaria no prevista, así tendremos N10, N20, N30, etc. o podríamos tener, N10, N11, N20, etc.[11] FUNCIONES PREPARATORIAS G Bajo la letra G acompañada de una cifra se agrupan una gran variedad de funciones que permiten al torno realizar las tareas adecuadas y necesarias para su trabajo. Hay cuatro tipos básicos de funciones preparatorias: • Funciones de movilidad • Funciones tecnológicas • Funciones de conversión • Funciones de mecanizado especiales

Funciones de movilidad Las funciones de movilidad más importantes son las siguientes: G00. Desplazamiento rápido. Indica el desplazamiento más rápido posible del carro portaherramientas, desde el punto de referencia al punto donde inicia el trabajo cada herramienta. Actúa al inicio del programa, cada vez que se produce un cambio de herramienta, y al final del programa en el retorno al punto de referencia. G01. Interpolación lineal. Indica que la herramienta se está desplazando al avance de trabajo programado, permitiendo las operaciones clásicas de cilindrado y refrentado así como el mecanizado de conos. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA MECANIZACIÓN CON INTERPOLACIÓN CIRCULAR. G02 Interpolación circular a derechas. Se utiliza cuando es necesario mecanizar zonas esféricas o radiales. G03. Interpolación circular a izquierdas. Se utiliza cuando es necesario mecanizar zonas esféricas vacías, o radios a izquierdas. Hay otras funciones de movilidad G, menos importantes y que están en función del equipo que se instale en la máquina. Funciones tecnológicas. Las funciones tecnológicas son las que se refieren a la forma de programar la velocidad del cabezal y el avance de trabajo. La velocidad de rotación del cabezal se puede programar a las revoluciones por minuto que se desee, para lo cual se antepondrá la función G97, o se puede programar para que gire a una velocidad de corte constante en m/min. En tal caso se indica con la función G96. Igual sucede con el avance de trabajo, si se desea programar el avance en mm/rev, se antepone la función G95 y si se desea trabajar en mm/min se antepone la función G94. Funciones de conversión. La función más importante de este grupo es la que corresponde al traslado de origen para situar el cero pieza que se realiza mediante la función G59. También existen funciones si el acotado está en pulgadas o en milímetros. Si bien ya tiene preestablecida la que se va a usar normalmente. Otro caso de conversión es si se programa con cotas absolutas o cotas incrementales. Funciones de mecanizados especiales. La más popular de estas funciones es la que corresponde a un ciclo de roscado representada por la función G33. Otras funciones de este tipo son las de refrentados, taladrados, roscado con macho, escariado, etc. Funciones modales. En los programas de CNC, existen funciones que, una vez programadas, permanecen activas hasta que se programa una función contraria, o el programa se termina. Estas funciones son las llamadas funciones modales. En un bloque se pueden programar tantas funciones como se desee, siempre que no sean incompatibles entre ellas. Por ejemplo no se pueden programar en un bloque las funciones G00 y G01.[12] JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA PROGRAMACIÓN DE COTAS X-Z Se entiende por programación de cotas la concreción en el programa de los recorridos que tienen que realizar las herramientas para conformar el perfil de la pieza de acuerdo con el plano de la misma. La programación se puede hacer mediante coordenadas X y Z o coordenadas polares. También mediante la función G adecuada se pueden programar las cotas tanto en milímetros como en pulgadas. Para hacer una programación correcta de las cotas hay que conocer bien los excedentes de material que hay que remover, para determinar el número de pasadas que hay que realizar así como la rugosidad superficial que deben tener los acabados mecanizados, así como la forma de sujetar la pieza en la máquina y la rigidez que tenga.... PROGRAMACIÓN DE LA HERRAMIENTA T-D Los tornos de control numérico tienen un tambor frontal donde pueden ir alojados un número variable de herramientas generalmente de 6 a 20 herramientas diferentes. Las herramientas se programan con una letra T seguida del número que ocupa en el tambor, por ejemplo T2, la letra T, es la inicial de esta palabra en inglés (tool). Como cada herramienta tiene una longitud diferente y un radio en la punta de corte también diferente es necesario introducir en el programa los valores correctores de cada herramienta, para que el programa pueda desarrollarse con normalidad. Aparte de la longitud de la herramienta existen unas funciones G para introducir una corrección de acuerdo al valor que tenga el radio de la herramienta en la punta de corte. La compensación del radio de la herramienta tiene una gran importancia en el mecanizado, especialmente en piezas que contengan perfiles irregulares. Las placas de herramientas de torno tienen siempre puntas redondeadas, de esta forma son más rígidas. Cuanto menor es el radio de la punta mayor tendencia presenta a astillarse.[13] FACTORES TECNOLÓGICOS F-S Los factores tecnológicos que hay que tener a la hora de elaborar un programa son los siguientes: • Material de la pieza a mecanizar. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA • Tolerancia de cotas y calidad superficial del mecanizado. • Estructura de la pieza a mecanizar.

Estos factores son los que van a determinar entre otras cosas los siguientes elementos. • Velocidad de corte la velocidad de corte se programa mediante la l etra

S, inicial de la palabra inglesa (speed) que significa velocidad, y una cifra que puede referirse a un valor constante de velocidad de corte que queremos mantener en todo el mecanizado o a una cifra que corresponde a las revoluciones por minuto del cabezal de acuerdo con la velocidad de corte que se funcione y el diámetro de la pieza que se esté torneando. La elección de un sistema de programa u otro se realiza mediante la función G que corresponda.

• Profundidad de pasada este concepto viene determin ado

por la cantidad de viruta que se tenga que remover y del grado superficial que se tenga que obtener y de la tolerancia de mecanizado del plano. • Avance de trabajo El avance de trabajo de la herramienta se representa

por la letra F inicial de la palabra inglesa (Feed) que significa avance, seguida de una cifra que puede referirse al avance de la herramienta expresado en mm/rev o en mm/min. En el torneado lo más común es programar el avance expresado en mm/rev. La elección de un sistema de programa u otro se realiza con la función G que corresponda. • Refrigerante en muchos mecanizados es necesario refrigerar la zona

donde está actuando la herramienta, esta función se programa mediante una función auxiliar M. máquinas de control numérico es muy importante asegurarse que la fijación de la pieza sea lo suficientemente rígida como para poder soportar las tensiones del mecanizado, asimismo se debe prever un sistema rápido y seguro de • Fijación de la pieza en el cabezal en las

anclaje de la pieza para eliminar tiempos muertos inactivos de la máquina. FUNCIONES AUXILIARES M



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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA Las funciones auxiliares sirven para establecer el funcionamiento de la máquina.[14] Ventajas y desventajas de los tornos CNC Ventajas: • Permiten obtener mayor precisión en el mecani zado • Permiten mecanizar piezas más complejas • Se puede cambiar fácilmente de mecanizar una pieza a otra • Se reducen los errores de los operarios • Cada vez son más baratos los tornos CNC

Como desventajas se pueden indicar las siguientes: • Necesidad de realizar un programa previo al mecanizado de la primera

pieza. • Coste elevado de herramientas y accesorios • Conveniencia de tener una gran ocupación para la máquina debido a su

alto coste.[15] FORMACIÓN DE VIRUTA El torneado ha evolucionado tanto que ya no se trata tan solo de arrancar material a gran velocidad, sino que los parámetros que componen el proceso tienen que estar estrechamente controlados para asegurar los resultados finales de economía calidad y precisión. La forma de tratar la viruta se convierte en un proceso complejo, donde intervienen todos los componentes tecnológicos del mecanizado, para que pueda tener el tamaño y la forma que no perturbe el proceso de trabajo. Si no fuera así se acumularían rápidamente masas de virutas largas y fibrosas en el área de mecanizado que formarían madejas enmarañadas e incontrolables. La forma que toma la viruta se debe principalmente al material que se está cortando y puede ser de material dúctil y también quebradizo y frágil. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA El avance con el que se trabaje y la profundidad de pasada, son bastante responsables de la forma de viruta, y cuando no se puede controlar con estas variables hay que recurrir a elegir la herramienta que lleve incorporado un rompevirutas eficaz. MECANIZADO EN SECO Y CON REFRIGERANTE Hoy en día el torneado en seco es completamente viable y se emplea en numerosas aplicaciones. Hay una tendencia reciente a efectuar los mecanizados en seco siempre que la calidad de la herramienta lo permita. Una zona de temperatura de corte más elevada puede ser en muchos casos, un factor positivo. Sin embargo el mecanizado en seco no es adecuado para todas las aplicaciones, roscados y mandrinados para garantizarespecialmente la evacuación para de lastaladrados, virutas. Es necesario evaluar con cuidado operaciones, materiales, piezas, exigencias de calidad y maquinaria para identificar los beneficios de eliminar el aporte de refrigerante. FUNDAMENTOS TECNOLÓGICOS DEL TORNEADO En el torneado hay seis parámetros clave: Los tornos CNC, debido a sus mecanismos de funcionamiento permiten ajustar al máximo las condiciones de mecanizado y por lo tanto conseguir el mejor tiempo de torneado posible. 1. Velocidad de corte (V). Se define como la velocidad lineal en la periferia de la zona que se está mecanizando. Su elección viene determinada por el material de la herramienta, el tipo de material de la pieza y las características de la máquina. Una velocidad de corte alta permite realizar el mecanizado en menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. La velocidad de corte se expresa en metros/minuto. 2. Velocidad de rotación de la pieza (N). Normalmente expresada en revoluciones por minuto. Se calcula a partir de la velocidad de corte y del diámetro mayor de la pasada que se está mecanizando. 3. Avance (F). Definido como la velocidad de penetración de la herramienta en el material. En el torneado suele expresarse en mm/rev. JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA No obstante para poder calcular el tiempo de torneado es necesario calcular el avance en mm/min de cada pasada. 4. Profundidad de pasada. Es la distancia radial que abarca una herramienta en su fase de trabajo. Depende de las características de la pieza y de la potencia del torno. 5. Potencia de la máquina. Está expresada en kW, y es la que limita las condiciones generales del mecanizado, cuando no está limitado por otros factores. 6. Tiempo de torneado (T). Es el tiempo que tardan todas las herramientas en realizar el mecanizado sin tener en cuenta otras cuestiones como posibles paradas de control o el tiempo poner y quitar la pieza del Se cabezal puede dependiendo cada de pieza máquina. calcula que a base de ir variar sumando los tiempos de parciales caday herramienta. Referencias [1] Definición de torno CNC, Toolingu.com (http:/ / www. toolingu. com/ definition-301110-32206-torno-de-cnc. html) [2] Características generales de un torno CNC. Pinacho (http:/ / www. metosa-pinacho. com/ es/ productos/ tornos_cnc/ caract_generales_cnc. html) [3] Características técnicas torno CNC Pinacho (http:/ / www. metosapinacho. com/ es/ productos/ tornos_cnc/ esp_tecnicas_cnc. html) [4] Descripción tornillo de bolas rectificado (http:/ / www. toolingu. com/ definition-301110-32206-torno-de-cnc. html) [5] Especificaciones técnicas de un torno CNC marca PINACHO (http:/ / www. metosa-pinacho. com/ es/ productos/ tornos_cnc/ index. html) [6] * Cruz Teruel, Francisco (2005). Control numérico y programación. Marcombo, Ediciones técnicas. ISBN 84-267-1359-9. [7] * Cruz Teruel, Francisco (2005). Control numérico y programación. Marcombo, Ediciones técnicas. ISBN 84-267-1359-9. Herramientas y JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA cambiadores automáticos.Página 23 [8] Catálogo accesorios y equipos para máquinas CNC Mitsubishi electric (http:/ / www. mitsubishielectric. es/ ai/ archivos/ documentacion/ Catalogo de productos de Control NumÃ©rico. pdf) [9] UCP FAGOR dos ejes (http:/ / www. fagorautomation. com/ pub/ cast/ productos/ cnc101. htm) [10] Curso programación torno CNC fagor 8050 (http:/ / w3. cnice. mec. es/ eos/ MaterialesEducativos/ mem2002/ programacion/ index. htm) [11] Código de secuencias N. Códigos CNC (http:/ / r-luis. xbot. es/ cnc/ codes02. html) [12] Funciones preparatorias G Códigos para CNC (http:/ / r-luis. xbot. es/ cnc/ codes03. html) [13] Selección de la herramienta. Curso CNC Fagor 5070 (http:/ / w3. cnice. mec. es/ eos/ MaterialesEducativos/ mem2002/ programacion/ 02/ A_4/ index. htm) [14] Curso de programación Fagor 8050 CNC. Funciones auxiliares (http:/ / w3. cnice. mec. es/ eos/ MaterialesEducativos/ mem2002/ programacion/ 02/ A_5/ index. htm) [15] * Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5. [16] Formación óptima de viruta. Sandvik coromant (http:/ / www2. coromant. sandvik. com/ coromant/ pdf/ Supplement_20062/ spa/ A17_A19. pdf) [17] Mecanizado en seco. Sandvik coromant (http:/ / www2. coromant. sandvik. com/ mx/ Productos/ Torneado/ NTorneado6. htm) [18] * Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5. Cálculo de tiempos en JORGE ANTONIO NERGRET MEJIA INGENIERO MECÁNICO UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE CALI-COLOMBIA Email: [email protected]


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JORGE ANTONIO NEGRET MEJIA el torno. Página 354 Fuentes • Millán Gómez, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado.. Madrid:

Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5. • Sandvik Coromant (2006). Guía Técnica de Mecanizado.. AB Sandvik

Coromant 2005.10. • Larburu Arrizabalaga, Nicolás (2004). Máquinas. Prontuario. Técnicas

máquinas herramientas.. Madrid: Thomson Editores. ISBN 84-283-19685. • Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica.. Salvat

Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3. • Cruz Teruel, Francisco (2005). Control numérico y programación..

Marcombo, Ediciones técnicas. ISBN 84-267-1359-9.



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