UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
TALLER MECÁNICO INDUSTRIAL II
TEMA: Ejercicios de mecanizado
CURSO: Tercero “B”
DOCENTE: Ing. Diego Núñez
FECHA: 20/08/2014
TORNEADO PROBLEMA 1 En una operación de cilindrado se tienen los siguientes datos: - Energía específica de corte del material de la pieza, 1500 N/mm2. - Diámetro de la pieza, 100 mm. - Profundidad de pasada, 3 mm. - Velocidad de corte recomendada, 80 m/min. - Radio de punta de la herramienta, 0,4 mm. Se pide: 1. Calcular el avance máximo de modo que se cumplan las siguientes restricciones: - La fuerza de corte máxima, por riesgo de rotura frágil, es de 1500N. - La potencia nominal del torno es de 5 kW y su rendimiento, del 75 %. - La rugosidad media será como máximo de 20 m. 2. Con el avance calculado, determinar: - El tiempo de mecanizado y el caudal de viruta suponiendo que la longitud a cilindrar es de 100 mm y que la distancia de aproximación de la herramienta será de 5mm.
N= 262.52 rpm
Sc =
Sc = Sc= 1 mm2
f=
f= 0.333mm
Vf= f mm *N rpm
Vf= 0.333 * 262.52 Vf= 87.42 mm/min
t=
t= t= 1.201min
Q= Vc *ap * f
Q= 80.*3*0.333 Q= 79.92 cm3/min
PROBLEMA 2 Para ciertas operaciones de refrentado en torno, realizadas a velocidad de corte constante, se dispone de los siguientes datos y restricciones: - Gama continúa de velocidades del cabezal, de 0 a 3000 rpm. - Herramienta: Plaquitas rómbicas de lado 24 mm y de radio de punta de 0,8 mm. - Porta plaquitas con ángulo de posición del filo principal de 105°. - Distancia de aproximación de la herramienta: 3 mm (el refrentado se llevará a cabo desde la periferia hacia el centro). - Fuerza de corte máxima por riesgo de vibraciones: 15000 N. - Espesor de corte máximo: 80% del radio de punta de la herramienta. - Anchura de corte máxima: 60% de la longitud del filo. - Energía específica de corte del material a mecanizar: 2000 N/mm - Velocidad de corte recomendada: 90 m/min. Se pide: 1. Calcular los valores máximos de la profundidad de pasada y del avance. 2. Si se desea realizar un refrentado completo De una pieza de 300 mm de diámetro, con una profundidad de pasada de 10 mm, ¿cuál sería el mínimo tiempo de mecanizado? DATOS:
ap=? f=? Vc= cte 90m/min Fc= 15000N (max)
N:0-3000 rpm
Grosor= 80% del radio =0.64mm Anchura=60*24=0.6*24 =14.4mm 2 Ps:2000N/mm b) t(min)=? D=300mm ap=10 mm Solución: f=51.47/95.49 Sc=15000/2000
f=0.539009 mm
Sc=7.5 mm Sc ≤ 7.5 mm c/ap Sc= ap*f f= Sc/ap
ap=6.099/0.539009
f= 7.5/11.14
ap=11.48 mm
f=0.67 f ≤ 0.67
ap=7.5mm2/0.539009 mm ap= 13.91
ap≤ 13.91 b)
Sc= <=7.5 mm2
ap= 11.148 mm
N= N= N=95.49rpm
tm= tm= tm=1.31min PROBLEMA 3
Se desea cilindrar una serie de piezas desde un diámetro inicial 50mm hasta un diámetro final 20mm, según la Figura 1. La operación se llevará a cabo en un torno con gama continua de velocidades de rotación, potencia nominal de 9kW y un rendimiento η=0,85.
La energía específica de corte del material de pieza viene dada por la expresión.
con ac en mm y Ps en N/mm2. Se pide: 1. Representar esquemáticamente el modo de amarre de la pieza en el torno, de manera que se asegure la máxima rigidez a flexión de la pieza durante el mecanizado. Identificar sobre el esquema los elementos que se utilizan para el amarre.
Los puntos se emplean para sujetar los extremos libres de las piezas de longitud considerable; pueden ser fijos en cuyo caso deben mantener su punta constantemente lubricada, o giratorios, los cuales no necesitan lubricación ya que cuentan en el interior de su cabeza con un juego de dos rulimanes que le permiten clavar y mantener fija su cola, mientras su punta giratoria a la misma velocidad de la pieza con la que está en contacto El plato de garras sirve para sujetar durante el mecanizado. Pueden ser de tres mordazas, para piezas cilíndricas, los mismos cierran o abren simultáneamente sus mordazas por medio de una llave de ajuste. Pueden tener un juego de mordazas invertidas, para piezas de diámetros grandes, y un juego de mordazas blandas, para materiales blandos o cuando no se quieren lastimar las piezas durante su agarre. De cuatro mordazas, cuando la pieza a sujetar es de geometría variada. En este caso, cada mordaza se ajusta por separado.
2. La operación de cilindrado se lleva a cabo en 3 pasadas de igual profundidad, manteniendo en todas ellas el mismo avance y una velocidad de corte de 205m/min. La herramienta puede trabajar en un rango de avances entre 0,05 y 0,2mm/rev. Teniendo en cuenta las características de la máquina y del material de pieza, calcular el avance que hace mínimo el tiempo de mecanizado.
3. De acuerdo con la información facilitada por el fabricante de la herramienta, se sabe que cuando se utiliza una velocidad de corte de 180m/min la vida esperada de la herramienta es de 30min, mientras que a 225m/min la vida es de 10min. ¿Cuál será la vida esperada de la herramienta bajo las condiciones de corte del apartado 2? Razona la respuesta.
4. Utilizando una velocidad de corte de 180m/min, a la que corresponde una vida esperada de herramienta de 30minutos, y manteniendo el resto de parámetros de operación en los valores utilizados en el apartado 2, ¿Cuántas piezas podrían realizarse antes del cambio de herramienta? Razona la respuesta.
5. Tras la última pasada, la rugosidad resultante en la superficie de la pieza es Ra=5m. ¿Sobre qué variables se podría actuar y en qué sentido (aumentar o disminuir)) si nuestro cliente exi- giese reducir dicha rugosidad? Razona la respuesta. Para saber sobre cual variable actúan toca tener en cual la ecuación de rugosidad que es igual R= f^2 / 8 re (re= radio de punta) -
Para reducir la velocidad
La rugosidad superficial de una pieza consiste en las finas irregularidades de la textura superficial originadas por la acción del proceso de fabricación. En una operación de maquinado el radio de punta y el ángulo de desahogo junto con el avance son en principios, los parámetros que más afectan el acabado superficial y la precisión de la medida. La presión herramienta/pieza da lugar a deformación plástica del material mecanizado, que resulta en tensiones residuales de compresión. La fricción herramienta/pieza y el calor asociado a la deformación plástica producen calentamiento de la pieza mecanizada. El aumento de temperatura produce una expansión momentánea de la superficie del material que se ve constreñida por el resto del material. -
Aumentar el radio de punta de la herramienta
Al aumentar el radio de la punta aumenta el área de contacto disponible para la conducción/eliminación de calor, disminuyendo así la temperatura local a lo largo de la zona de corte. Esta disminución de la temperatura llevaría a una disminución de las tensiones residuales hacia valores menos tractivos. No obstante, el aumento de la zona de contacto con el radio de la punta de la plaquita hace que aumente la fricción entre herramienta y pieza mecanizada, lo que produce un aumento del calor resultante de la fricción. Este aumento de temperatura en la superficie de la pieza como consecuencia de la fricción favorece la generación de tensiones residuales tractivas
PROBLEMA 4 Se desea realizar una operación de cilindrado exterior en un redondo de acero templado, cuya energía específica de corte es de 2550 N/mm2. Para realizar la operación se ha seleccionado el porta-plaquitas junto con la plaquita que se muestra en la figura 1. En la tabla 1 se muestran las velocidades de corte a utilizar para la plaquita dada en función de la
profundidad de pasada de la operación y el avance. El diámetro de partida del redondeo es de 210mm y el resultado de la operación debe disminuir este diámetro hasta 190mm. Se tomará como valor de la distancia de aproximación 5mm. Se dispone en el taller de dos tipos de tornos, ambos con un rendimiento del 85%
Se pide: 1. Con los datos dados, calcular el tiempo de la operación de mecanizado que se obtendría realizando el mínimo número de pasadas y minimizando el tiempo por pasada.
Como queremos el mínimo número de pasadas escogemos de la tabla 1 una profundidad de pasada de 0,5 mm para tener que realizar máximo dos pasadas, y como queremos minimizar el tiempo escogeríamos el avance más grande que es de 0,4 mm y la velocidad de corte más grande que es la de 162m/min. Una vez escogido los parámetros calculamos el tiempo.
2. Seleccionar, razonando la respuesta, el tipo de torno en el que se realizaría la operación.
El tipo de torno que se seleccionaría sería el B, ya que posee una potencia mucho mayor por lo cual ganaríamos mucho tiempo en el proceso.
3. Obtener el anchura de viruta y el espesor de viruta utilizados para la operación definida.
Calculamos ac y aw con el ángulo kr que nos da en la figura 1 y los datos escogidos del literal 1.
4. En la figura 2 se presenta la proyección sobre el plano de referencia Pr de una operación de cilindrado exterior. Representar la sección A-A y localizar sobre esta el desgaste de flanco. Indicar el parámetro que se utiliza para medirlo y dibujar también la evolución a lo largo del tiempo de este desgaste.
Evolución del Desgaste
5. En caso que se desee aumentar la vida de la herramienta indicar, razonando la respuesta, que acción se debería tomar.
Podríamos aumentar la vida de la herramienta al disminuir la velocidad de corte, esto lo podemos comprobar con la ecuación de Taylor la cual es:
Dónde: T= Tiempo de vida de la Herramienta V= Velocidad de corte C= Depende de: Material de la pieza, tipo de herramienta, valores de las condiciones de mecanizado (ancho, profundidad, avance, etc.), utilización de fluidos de corte. n= Depende del material de la herramienta. Con lo cual podemos observar que el tiempo de vida de la herramienta es inversamente proporcional a la velocidad de corte por lo que a menos velocidad de corte más vida tendrá la herramienta y a más velocidad de corte menos vida tendrá la herramienta. PROBLEMA 6 Se desea refrentar hasta el centro un redondo de 200 mm de diámetro (ver figura 1) para quitarle la cascarilla procedente de la laminación. Para ello, se empleará un torno CNC con gama continua de velocidades de husillo principal (el del cabezal) comprendida entre 0 y 2000rpm y con gama continua de velocidades de carros X, Z, comprendidas entre 0 y 10 m/min. La potencia máxima del torno es de 50kW, siendo su rendimiento del 80%. Se recomienda trabajar con velocidad de corte constante de 125 m/min (recomendaciones del fabricante de la herramienta). El material de pieza es acero y tiene una energía específica de corte de 2200 N/mm2. La rugosidad Ra de la pieza debe ser como máximo de 7 μm. La distancia de aproximación es de 2mm. La herramienta debe ser seleccionada entre las que se muestran en la Figura 2 y se debe considerar un aprovechamiento máximo.
Se pide: 1) Seleccionar, de forma razonada, la herramienta a emplear entre las opciones dadas para una máxima productividad. 2) Calcular el tiempo de refrentado, sabiendo que éste debe ser el mínimo que permitan las restricciones. 3) Dibujar las gráficas de N, VX, VC, PC en función del diámetro de la pieza para el torno CNC.
Datos: Di= 200 mm Df =0mm N =0 – 2000 rpm Pc =50KW N =80% Vc =125 0/min Ps =2200 N/m Ra
Resolución:
1) Herramienta: MR CNMG 16 06 16-MR de doble cara. rz=1,6mm ap=2-10,7mm f=0.35-0.9mm
2) (
)
3)
PROBLEMA 7 En un torno se realizarán operaciones de cilindrado y refrentado con una misma herramienta. La herramienta y su plaquita se muestran en la figura siguiente. La herramienta está amarrada en la torreta portaherramientas con su mango paralelo al eje X del torno.
Las características y restricciones que deben tenerse en cuenta a la hora de definir las operaciones son las siguientes: El torno tiene una potencia nominal de 125 KW y un rendimiento del 80%. La energía específica de corte del material de la pieza es de 2100 N/mm2. En todas las operaciones la profundidad de pasada será la máxima que admita la herramienta. Para una buena formación y flujo de la viruta, se recomienda que el espesor de la viruta sea igual o inferior a 2/3 del radio de punta y que la longitud máxima de filo comprometida en el corte (que en este caso coincide con el ancho de viruta) sea igual o inferior, también, a 2/3 de la longitud de la arista de corte. Por las características de los materiales de pieza y herramienta, la velocidad de corte estará limitada entre 370 y 530 m/min. Las operaciones a realizar son de gran desbaste, sin embargo, la rugosidad media teórica está limitada a un máximo de 13 m, por motivos especiales. Finalmente, por razones de productividad la vida de la herramienta debe ser cercana a 15min. Las constantes de la ecuación de Taylor para el caso presente son n=0,23 y K=900. Se pide: 1) Representar, en dos dimensiones y sobre el plano del movimiento de avance (o plano de referencia), ambas operaciones, en un instante intermedio de su ejecución. Para las dos operaciones, representar el vector velocidad de avance y acotar el ángulo de posición del filo principal, con su valor concreto. CILINDRADO
refrentado
2) Calcular el avance máximo posible en cada una de las operaciones.
Cilindrado = 2/3* 0.8 = 0.533
=f sen (kr) f= f= f = 0.535
kr = kr =
-
-
Refrentado =f sen (kr) f= f= f = 0.522
Nota: Recordar que la rugosidad media teórica es Ra= (1/32) (f2/r).
PROBLEMA 8 Se debe realizar un refrendado completo, en torno, de una pieza cuyo extremo a refrendar es cilíndrico y macizo, de 60 mm de diámetro. La profundidad de pasada será de 5 mm y el ángulo de posición de filo principal de la herramienta, de 45°. El radio de punta de la herramienta es de 0,4 mm. La rugosidad media de la superficie resultante debe ser inferior o igual a 2 µm. El espesor de viruta no debe superar el 85% del radio de punta. La fuerza de corte será igual o inferior a 1000 N. La energía específica de corte del material de la pieza se estima en 1500 N/mm2. El torno es de control numérico, con gama continua de velocidades. Su potencia nominal es de 15 KW y el rendimiento, del 75%. La velocidad máxima de cabezal es de 6000 rpm. Las constantes de la ecuación de Taylor para la vida de la herramienta, en las condiciones de eta operación, se estiman en: exponente, n=0,125; velocidad de corte para vida de 1 min, 400 m/min. Para esta operación, se programa una distancia de aproximación de la herramienta de 1 mm. Por razones de productividad, interesa minimizar el tiempo de mecanizado. Se pide: 1. Representar, con un dibujo conveniente en dos dimensiones, un instante intermedio de la operación, acotando las magnitudes anteriores. 2. ¿Cada cuántas piezas debe reemplazarse la herramienta? 1.
2.
( ) (
)
(
)
√
La herramienta puede refrendar un total de 453 piezas antes de ser cambiada. El tiempo estimado de vida de la herramienta es de 0,015277 min o 0,91 s a una velocidad de corte de 675 m/min pero si se trabaja con velocidades menores pues aumentara el tiempo de vida y hay que tomar en cuenta el material del q esta hecho la pieza.
FRESADO PROBLEMA 1 Calcular el tiempo de mecanizado mínimo. Para realizar la operación de la figura 1. Las superficies de ranura deben quedar con un acabado superficial uniforme en toda su longitud. Tomar como distancia de aproximación y de salida el valor de 2 mm. DATOS DE LA OPERACIÓN
Velocidad de corte : 94 m/min Espesor de viruta máximo :0.2mm Diámetro de la fresa: 50mm Numero de dientes : 10
GRAFICO:
SOLUCION DEL EJERCICIO:
N= N=
⁄
N=598.422rpm
Fz = acmax Fz = 0.2mm
Vf = fz×N×z Vf =0.2mm×598.422rpm×10 Vf =1196.84 mm/min
t=
t=
⁄
t=0.1173 min PROBLEMA 2 En una pieza de acero de alta aleación, de dureza Brinell 200, se desea mecanizar la ranura de la figura 1, mediante una operación y herramienta análogas a las mostradas en la figura 2. La energía específica de corte del material de la pieza (ps) para operaciones de fresado, viene dada, en N/mm2, en función del ángulo de desprendimiento axial (ɣa), en grados, y del espesor de viruta (ac), en mm, por la ecuación siguiente: ps = 2300. (0,9-0,015.ɣa).ac-0,27 Para los cálculos suponer un valor para la distancia de aproximación y alejamiento de 2 mm. Se pide: 1. Nombrar el tipo de herramienta a utilizar y seleccionar, de la tabla incluida en la figura 2, el diámetro conveniente de la misma. 2. Nombrar los ángulos que aparecen en la figura 2. 3. En la figura 3, seleccionar, justificando la respuesta, las condiciones de corte que permitan acabar la operación en el menor tiempo posible. Calcular este tiempo mínimo. 4. Calcular los valores máximo y mínimo del espesor de viruta para esta operación. 5. Calcular los valores de la fuerza de corte para tres posiciones angulares diferentes del diente en corte, indicando cada posición angular elegida. 6. En el caso de que se presentara desgaste de cráter, ¿en qué zona de la herramienta se produciría? ¿Qué variable es la más común para medir este tipo de desgaste? ¿Cuál es el mecanismo de desgaste más relacionado con la formación de cráter?
PARTE 1 Fresa frontal de ranurar. Diámetro 10mm (anchura de la ranura). Calidad de la plaquita: P. PARTE 2 Ángulo 1: ángulo de desprendimiento radial. Ángulo 2: ángulo de incidencia. Ángulo 3: ángulo de desprendimiento axial. Ángulo 4: ángulo de posición del filo secundario. PARTE 3 Vc = 130 m/min. fz = 0.05 mm/z Se tomó los datos sabiendo que la operación se realizará en el menor tiempo posible.
tm = (52x2)/413,8 = 0,25 min PARTE 4 ac (máximo) = fz = 0,05 mm. ac (mínimo) = 0 mm.
PARTE 5 Ɵ=0ᵒ y Ɵ=180ᵒ
ac = 0mm.
ps = 2300* (0,9-0,015.ɣa)* (0)-0,27 ps = 0
Ɵ=90ᵒ
ac = máx. = 0.05mm
ps = 2300* (0,9-0,015.ɣa)* (0,05)-0,27 p s = 3718,25 N/mm2
Fc = ps x sc
N = (130X1000)/(10π) = 4138,03 rpm
Fc = 0 N
Vf = 0,05x2x4138,03
= 413,8 mm/min
Q = (10x7x413,8)/1000 = 28,97 cm3/min Pc = (3718,25x28,97)/60 = 1798,31 W Fc = (1798,31/130)x60 = 928,56 N
PARTE 6 Zona de la herramienta donde se produce cráter: superficie de desprendimiento Variable para medir el cráter: Kt, profundidad de cráter Mecanismo de desgaste: difusión
PROBLEMA 3
Las figuras siguientes muestran una operación de mecanizado, junto con alguno de sus parámetros, expresados en las unidades habituales. El material de la pieza es fundición gris, de dureza Brinell, 180. Su energía específica (o fuerza específica) de corte, para el cálculo de la potencia de corte, p s*, en las condiciones de trabajo de esta operación, obedece a la expresión empírica indicada más abajo. En esta expresión, los valores kc y mc se obtienen de una de las tablas incluidas al dorso, y deben sustituirse directamente en la citada expresión, obteniéndose la energía específica en N/mm2. Por otra parte, representa el espesor de viruta medio, en mm; el cual puede obtenerse de la expresión adjunta, en la que Θ representa el arco de contacto, en radianes.
La fresadora tiene una potencia nominal de 34 kW y un rendimiento del 85% en el conjunto de sus transmisiones al eje principal. Deben respetarse las restricciones impuestas por la máquina y por la herramienta, y seguir las recomendaciones del fabricante de ésta, que aparecen en las figuras y tablas siguientes. Se pide, buscando un mecanizado en el menor tiempo posible: 1. Elegir la herramienta a utilizar: diámetro, etc. 2. Elegir la geometría de la plaquita (rompevirutas) y su material (calidad), según los códigos mostrados en las tablas. 3. Definir el avance por diente a emplear y la velocidad de corte
RESOLU CIÓN: 1) R evisand o detenid amente los datos iniciales del ejercici o así como los paráme tros del fabrican te disponi ble en las tablas, la herrami enta a utilizar será una fresa para planear la cual tiene un diámetro de 100 mm además consta de 14 dientes y un ángulo de posición de filo de 45º. 2) Para responder el literal simplemente nos remitimos a las tablas observando que el material de la pieza es una fundición (K), en donde podemos observar que las geometrías posibles son TNHF-CA y TNHF-65, aunque la que nos permite un avance mayor es la TNHF-CA por lo tanto sería la mejor opción, Para la elección de las calidades nos basamos de la misma forma en las tablas en donde en donde los acabados posibles para la fundición son H13A y HM en este caso al
querer desarrollar la operación en el menor tiempo posible elegimos HM ya que nos proporciona mayor velocidad de corte. 3) dato tomado en base de la tabla inicial
(
)
(
)
EJERCICIO 5 DE FRESADO Se dispone de un tocho de acero inoxidable austenítico de dimensiones 200x60x100 (unidades en mm). La energía específica de corte de este material viene dada por la expresión:
siendo ac el espesor de viruta en mm, Sobre dicho tocho se necesitan realizar las siguientes operaciones (véase figura 1): - Un planeado, para reducir la altura del tocho de 100 a 95mm. - Un mecanizado en escuadra, con las dimensiones indicadas en la figura. Para llevar a cabo dichas operaciones se dispone de las herramientas mostradas en la tabla 1. Todas son de metal duro. Las calidades de metal duro disponibles son las mostradas en la tabla 2, donde se dan como dato las velocidades de corte recomendadas en función de los espesores máximos de viruta.
Se recomienda que la profundidad de pasada radial para todas las herramientas no supere el 65% del diámetro de la misma. Además, la fuerza de corte máxima por diente no deberá superar los 3200N.
Se pide: 1. Seleccionar la herramienta a utilizar en cada operación (nombre, diámetro, nº de dientes) teniendo en cuenta que hay que hacer las operaciones en el menor tiempo posible y con el menor número de pasadas. 2. Calcular los parámetros de mecanizado (fz y Vc) que hacen que cada una de las operaciones se realice en el menor tiempo posible, indicando la calidad de la plaquita en cada caso. 3. Calcular la potencia requerida para realizar la operación de planeado. Utilizar para su cálculo la expresión de la potencia dada a continuación:
siendo: el ángulo de contacto (rad) - D, diámetro de la herramienta (mm) - fz, avance por filo (mm) - ae, profundidad de pasada radial (mm) - kr, ángulo de posición del filo principal (º)
SOLUCIÓN 1. Seleccionar la herramienta a utilizar en cada operación (nombre, diámetro, nº de dientes) teniendo en cuenta que hay que hacer las operaciones en el menor tiemo posible y con el menor número de pasadas.
Para planeado: fresa de plato
Z= 7 dientes
Para escuadrado: fresa de plato
Z= 4 dientes
2. Calcular los parámetros de mecanizado (fz y Vc) que hacen que cada una de las operaciones se realice en el menor tiempo posible, indicando la calidad de la plaquita en cada caso.
Planeado
Datos:
Z= 7 dientes
Solución: Calidad 1
(
)
Escuadrado:
Datos:
Z= 4 dientes
rpm
.
3. Calcular la potencia requerida para realizar la operación de planeado. Utilizar para su cálculo la expresión de la potencia dada a continuación:
Solución:
PROBLEMA 6 Una cola de milano es una guía prismática hembra cuya sección transversal es un triángulo truncado. Este tipo de geometría se puede obtener mediante varios procesos de fabricación. En este caso, y aunque no sea la solución óptima, se va a mecanizar este perfil íntegramente, para lo que se empleará una fresadora vertical. El fresado de las guías en cola de milano se lleva a cabo sobre un tocho de acero cuya energía específica de corte del material se supone constante e igual a 800 N/mm2. Las dimensiones del tocho de partida son 50x50x100 (cotas en mm) y se mecanizará en dos partes: 1º Fresado preliminar de las guías con una fresa cilíndrica frontal (ranurado) 2º Fresado de la cola de milano. Se considera que las distancias de aproximación y de salida son de 3mm.
Se pide: 1. Elegir las herramientas que emplearías para el 1er fresado (ranurado) (Tabla 1) y el 2º fresado (cola de milano) (Tabla 2 y Tabla 3) teniendo en cuenta que ambas serían sin recubrimiento. Indica en cada caso: Referencia
Material de herramienta Ángulo de posición del filo principal Diámetro D Número de dientes 2. Seleccionar las condiciones de corte que den un tiempo de mecanizado mínimo (en el 2º fresado se considerará Vc en el diámetro máximo de la herramienta). Calcular el tiempo de mecanizado mínimo. 3. Calcular el espesor de viruta máximo en el 1er fresado (ranurado). 4. Calcular la fuerza máxima en el 1er fresado (ranurado).
RESOLUCIÓN: Cuestión 1 1er FRESADO (RANURADO): Referencia: 4421 Material de herramienta: HSS D=15mm (impuesta por la anchura de la ranura) z=2 Kr=90º Vc=20-28m/min fz =0,1mm ap=6mm. la ranura se realizará en una única pasada (radial). 1do FRESADO (COLA DE MILANO): Referencia: 4330 (porque la geometría de la herramienta es la adecuada). Material de herramienta: HSS con 8%Co D=16mm (impuesto por las dimensiones de la cola de milano). z=8 kr=60° Vc=20-30m/min fz=0,1mm Fresado Ranurado Datos Referencia 4421 N
N
FRESADO 2 (COLA DE MILANO) Referencia 4340 d = 12mm
Cuestión 3
En fresado
Cuestión 4
PROBLEMA 7
Se desea mecanizar una pieza de fundición gris cuyas dimensiones son 400x180x100 mm longitud x anchura x altura).La energía específica de corte del material es ps=1225·ac -0.25 (N/mm2). La geometría de la pieza final se muestra en la Figura 1.
Se desea realizar el mecanizado completo en una sola máquina, con el número mínimo de pasadas y en el menor tiempo posible. Para el mecanizado de la pieza se dispone de las herramientas mostradas en el reverso de la hoja. Se presentan también 3 calidades diferentes de plaquitas, todas ellas para usar con avances por filo mínimos de 0,06mm y máximos de 0,16mm (para valores intermedios realizar la interpolación). La máquina en la que se va a realizar el mecanizado tiene limitada la velocidad de giro del husillo principal a 6.500 rpm. Por otro lado, se debe limitar la fuerza de corte máxima a 1.100 N. Se pide:
RESOLUCION 1. Enumerar la secuencia de operaciones a realizar y seleccionar las herramientas y calidades más adecuadas de las disponibles.
La primera operación de mecanizado es de planeado y después se ejecutara el ranurado que sea realizara a la pieza. Para el proceso de planeado se ocupa la herramienta 2, con los siguientes datos:
Referencia R2250.53 -0100-09-7ª
Dimensiones en mm D L1 100 50
ap 4,5
z 7
Para el segundo proceso se utilizara la herramienta 3, con las características
Referencia R2250.53 -0100-09-7ª
Dimensiones en mm D kr 20 90o
ap 9
z 5
Para ambas herramientas se utilizará una calidad MK1500 del material fundición gris dado que son las que mayores una velocidad de corte (Vc) ofrecen y por tanto, minimizarán el tiempo de mecanizado. 2. Elegir las condiciones de corte necesarias para el mecanizado de la pieza en el menor número de pasadas y el menor tiempo posible. Planeado DATOS D = ap = z = Vc = Ps = fz =
100 (mm) 3 (mm) 7 335 (mm/min) 1225. ac-0.25 (N/mm2) 0,16 mm/z
N = 1066, 33 rpm
t = 0.41 min
acmax = fz
RANUADO
t = 0.06 min * 2 = 0,12
3. Suponiendo que el tocho inicial sufre un tratamiento térmico hasta alcanzar una dureza muy elevada ¿Qué máquina y herramienta se necesitaría para llevar a cabo la operación? Justificar la respuesta. Máquina: Rectificadora Plana Herramienta: muela de rectificado El proceso de rectificado utiliza una herramienta abrasiva (muela) y se lleva a cabo en una máquina llamada RECTIFICADORA. Suele utilizarse en la etapa final de fabricación, tras el torneado o fresado, para mejorar la tolerancia dimensional y el acabado superficial del producto. Porque el rectificado es una es una operación que se utiliza para mecanizar piezas de alta dureza, debido a que la muela contiene granos abrasivos de alta dureza. 4. Localizar mediante un dibujo la zona donde se suele dar el desgaste de flanco en las herramientas de corte e indicar cómo se mide. Dibujar la evolución típica del desgaste de flanco a lo largo del tiempo. Abrasión entre la superficie de incidencia y la superficie mecanizada Cara de desprendimiento
Cara de incidencia VIRUTA Sup. mecanizada Desgaste de flanco
Sup. de Incidencia
Vb (mm)
t
PROBLEMA 8 Se desea realizar las operaciones de mecanizado pata obtener la pieza de la figura 1. Se parte de un tocho de acero al carbono de baja aleación laminado de 150x60x60 mm (Long. x anchura x Altura).Para ello se dispone de las herramientas que se muestran en las figuras y tablas del Anexo: Herramientas disponibles.
La energía específica de corte del material de la pieza es ps=2020·ac-0,25 (N/mm2). Con el fin de reducirla flexión de la herramienta, la fuerza de corte por diente en ningún caso puede superar los 2.050N. La energía específica promedio correspondiente a este material se obtiene a partir de los valores kc=1.950 y mc=0.23 que deben sustituirse en la expresión indicada más abajo, obteniéndose la energía específica en N/mm2. Por otra parte ac representa el espesor de viruta medio, en mm; el cual puede obtenerse de la expresión adjunta, en la que θ representa el arco de contacto, en radianes.
Para realizar las operaciones de mecanizado, se deben respetar todas las condiciones y limitaciones de las herramientas. 1. Indicar las operaciones que deben realizarse y el orden en que deben realizarse, y seleccionarlas herramientas adecuadas para realizar cada una de ellas con el menor número de pasadas.
2. Para cada operación, seleccionar la calidad de plaquita y calcular los parámetros de mecanizado (velocidad de corte, avance) que permitan ejecutar las operaciones en el menor tiempo posible. 3. Se dispone en el taller de una fresadora de 50 KW de potencia nominal y un rendimiento del 85%. Comprueba numéricamente si esta máquina es capaz de realizar la operación de mecanizado planteada. 4. Se observa que tras realizar la misma operación de mecanizado sobre una serie de piezas, la anchura de la ranura progresivamente, pieza tras pieza, toma valores inferiores a 40 mm, hasta que se sale de tolerancias. ¿Qué efecto crees que puede ser el más influyente en este caso? ¿Qué parámetro se debería controlar? ¿Podrías dibujar la tendencia habitual de este? Datos D=40mm Z=4
ac=
Ap=5mm Ae=40mm N=7900 rpm Ac.max=Fz=0.4 mm Vc = 95m/min Kr= 90 Fc=2050 Kc=1950 Mc=0,23
ac=1,14
ps= ps=1892,11
1) Se usa la pieza dos para machihembrar 2) f= Vf= fxnxz
Vc=95m/min
Vf= 0,4mm x 7900rpm x 4
t=
Vf= 12640 mm/min
t= t= 0,9 s
3) Pc=50 kw = 50000w
fc=
N=85% Preal=50000 x 0,85
2050=
Preal =42500w
Pc= 3245,83 w
Si porque tiene la potencia necesaria para el corte 4) a) El factor más influyente puede ser el aumento de temperatura y el desgaste de la herramienta y el desgaste de la pieza. b) Se debería controlar el grado de inclinación de la herramienta.
TALADRADO
PROBLEMA 1 Se desea taladrar un agujero pasante de 10mm de diámetro y 20mm de longitud en un centro de Mecanizado. Para ello se utiliza la herramienta de corte de la figura 1. La energía específica de corte del material de la pieza es de 2300 N/mm2. La velocidad de corte recomendada para esta operación es 75 m/min. Para evitar la rotura de la herramienta, se debe limitar el par de corte a un valor inferior a 12N·m. La potencia nominal de la máquina es de 3,5kW y su rendimiento del 75%. Se pide: 1. Nombrar la herramienta de la Figura 1 e identificar las partes señaladas. BROCA HELICOIDAL DE 2 DIENTES
Filo secundari o
Superficie de Incidencia
Superficie de desprendimiento
Filo Principal Filo Transvers al
BROCA HELICOIDAL DE 2 DIENTES.- Su concepción fue inspirada en la necesidad de hacer una perforación que posea un acabado superficial, estar correctamente ubicada, tener el tamaño exacto y la virtud de la rapidez en el trabajo. Por las características derivadas de su forma presentan dificultades de construcción importantes hasta el punto que se requiere el interés exclusivo de fábricas especializadas. Deben satisfacer la consecución de los siguientes resultados: a) Producir agujeros precisos y rectos. b) Penetrar fácilmente con el mínimo de energía. c) Descargar fácilmente la viruta por las ranuras helicoidales. d) Máxima duración del filo cortante y mínimo desgaste. 1) Filo secundario: inclinación que está detrás del filo principal de manera que esta baya apoyada al fondo de la perforación. 2) Superficie de desprendimiento: Es la cara de la cuña sobre la que desliza el material desprendido cortado 3) Filo Principal: es la arista cortante y une el transversal con la periferia o faja-guía. 4) Filo Transversal: es la línea que une los fondos de las ranuras, o sea, el vértice de la broca. El ángulo que forma con las aristas cortantes es de 55º para trabajos normales 5) Superficie de Incidencia: sirven para conseguir una guía más segura de la broca en la pieza.
2. Calcular las condiciones de corte que permitan realizar el taladrado en un tiempo mínimo y calcular el tiempo correspondiente. Suponer que la distancia de aproximación y salida de la herramienta es de 2mm. Datos: Ø = 10mm L = 20mm Ps = 2300 N/ Vc = 75 m/min T = 12 Nm Pc = 3.5 Kw Ŋ= 75 % Tmin = ? Dist. Aprox. de la herramienta = 2mm Z = 2 dientes.
Aproximación de la herramienta
Tmin = Tmin = Tmin = 0.0239 min
Vf = f* z *N Vf = 0.1826mm * 2 * 2387.32rpm Vf = 871.9108 mm/min
N=
Pc = Vc * Fc
N=
Sc =
Fc =
N = 2387.32 rpm
Sc =
Fc =
Sc = 0.9130
Fc = 2100N
Sc = aw*ac ac= Es r b
ac =
Sen
quí l e u
ó
= 0.1716 mm
=
Sen
aw =
fz =
aw =
fz =
aw=5.3208 mm
=
fz = 0.1826 mm
PROBLEMA 2 Se desea taladrar un agujero ciego de 20 mm de diámetro y 30 mm de longitud útil en un centro de mecanizado. La energía específica de corte del material de la pieza es de 3000 N/mm2. El espesor de viruta máximo recomendado para dicho material es de 0,4 mm y la velocidad de corte debe situarse entre 40 y 70 m/min. Se usará una broca helicoidal de 118° de ángulo de punta. La fuerza de empuje no debe superar los 2500 N y su valor se estima en un 50% de la fuerza de corte. La potencia nominal de la máquina es de 8 kW y su rendimiento, del 75%.Se pide: 1. Calcular las condiciones de corte que permitan realizar el taladrado en un tiempo mínimo y el tiempo correspondiente. Suponer que la distancia de aproximación de la herramienta es de 2 mm. 2. Calcular el caudal de viruta. 3. Determinar el diámetro de la zona de talonamiento suponiendo que el ángulo de incidencia, en las proximidades del centro de la broca, y medido en el plano de trabajo (que contiene a los vectores velocidad de corte y velocidad de avance), es de 5° .
Datos: D= 20mm
fz
Lp= 30mm Ps= 300 N/mm2
aw
ac max= 0.4mm Vc= 40 – 70 m/min D/2
K= 118o PN= 8 KW n= 75 % Fe= 2500
𝐷
aw= 𝑠𝑒𝑛 𝑚𝑚
aw= 𝑠𝑒𝑛
aw= 11.6 mm
Fe= 50%( Fc)= ½(Fc) Fc= 2*(2500N) Fc= 5000
Fc= Ps*Sc
fz =
fz
fz =
𝑠𝑒𝑛
𝑠𝑒𝑛
ac fz= 0.16mm Sc=
=
Sc= 1.7 mm2 Sc= ac*aw ac= ac= 0.14mm
Pcreal= 800W*(0.75) Pcreal= 6000 W Pc= Fc*Vc Pc= (500N)*(70 m/min)*60s Pc= 5833,3 W < 6000W entonces es posible realizar el corte Vc= N=
=
N= 1114.1 rpm t= t=
t= 0.16 min CUESTION 2 Q= Q= Q= 98560.80 mm2/min Q= 98.56 cm3/ min
CRITERIO 3 α = 5o si Kr > α existe talonamiento tag kr = = D=
=
=
= 1.1 mm
PROBLEMA 3 Se desea realizar agujeros pasantes de 25 mm de diámetro en chapas de acero de 20 mm de espesor. Para ello, se emplearán brocas de 2 dientes con 120º de ángulo de punta. El acero de las chapas tiene una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2. Las condiciones de corte se tomarán de la tabla adjunta, de forma que se obtenga un tiempo de mecanizado mínimo. El rendimiento de la máquina es del 85%. La energía específica de corte es: [
]
[
]
Se pide: 1. Calcular la potencia necesaria para llevar a cabo la operación. 2. Calcular el tiempo de mecanizado suponiendo que la distancia de aproximación y salida de la herramienta es de 2mm.
3. Describir el fenómeno de talonamiento, indicando bajo qué circunstancias se produce y las consecuencias que tiene.
SOLUCIÓN
Datos:
Cálculo: a)
* s
* s ó
s
+ +
[ [
[ ]
] [ ]
]
[ ]
[ ] [ ] ó
[ ]
b)
[
] *
+
[
]
c) FENÓMENO DE TALONAMIENTO1 Este fenómeno se da a través del estudio del Rendimiento de una rueda Pelton. Desde el punto de vista del rendimiento la optimización de los parámetros vendría dada por : (1)
í
que, teniendo en cuenta la expresión (1), puede expresarse como: [
( ) ]
s
s
(2)
donde es un parámetro característico de la rueda de Pelton. Es preciso indicar que este rendimiento de la rueda propiamente dicha; el rendimiento global de la turbina difiere un poco de este valor puesto que hay que tener en cuenta también el rendimiento de la tobera. Desde el punto de vista del rendimiento máximo (derivado respeto de cero), el parámetro debe valer
, y el ángulo
e igualando a
debe ser nulo. Sin embargo,
es incompatible con el rendimiento máximo por las razones explicadas anteriormente de aparición de un par de frenado si existe interacción del chorro de salida con la cuchara siguiente ( este fenómeno es conocido también con el nombre de talonamiento). Desde el punto de vista de (desviación a la salida de la velocidad absoluta) el máximo rendimiento se obtiene para . Valores normales del parámetro están comprendidos entre 0.45 y 0.49 (en la práctica suele tomarse 0.46). De la expresión se deduce que las curvas de rendimiento de las turbinas Pelton suelen ser curvas muy planas, es decir, el rendimiento vacía muy poco para los distintos puntos de funcionamiento. Ello se justifica porque según se acaba de ver, el único Factor que influye en le rendimiento es la relación . Manteniéndose u constante por razones de acoplamiento de la turbina con el alternador solo de variación hace que varié el rendimiento. La velocidad absoluta
depende de la altura total en el inyector y del coeficiente de
desagüe o factor de velocidad absoluta : ; este coeficiente se √ mantiene prácticamente constante igual a 0.97, para aberturas del inyector que oscila
entre la máxima posible y un 20% de la misma, cayendo rápidamente para valores a este último. En estos amplios intervalos de aberturas del inyector la velocidad solo depende, por tanto, de H. Como además las turbinas Pelton se instalan en saltos de gran altura y la única variación posible de H es debida al a variación de la perdida de carga en la tubería forzada al variar el caudal, se deduce que la oscilación de es muy pequeña y, por tanto, el rendimiento se mantiene aproximadamente constante.
PROBLEMA 5 Se desea fabricar un lote de piezas de acero templado y espesor 20mm como las que aparecen en la Figura 1. Estas piezas vienen fabricadas por laminación, pero sus requisitos geométricos implican el Mecanizado posterior de ciertas zonas. En este problema se pide únicamente resolver el proceso de Taladrado correspondiente a los 5 agujeros pasantes. Teniendo en cuenta los siguientes datos: La longitud de aproximación =3mm y la de salida =2mm El ángulo de la punta de la broca 118º y el de incidencia =4º Energía específica de corte del material 2700 N/mm2 Potencia nominal de la máquina 3,5kW y rendimiento del 75%
Se pide: 1 Selección de broca y su correspondiente avance por diente empleado para cada agujero para obtener un tiempo de mecanizado mínimo.
2 Tiempo de mecanizado mínimo total para los 5 agujeros. 3 Explica qué es el fenómeno de talonamiento. Indicar, en el caso del agujero de diámetro 10mm, el diámetro a partir del cual aparecería el fenómeno de talonamiento.
Solución: Agujero de diámetro 10mm: Broca helicoidal enteriza 2 con un fz= 0.15 para un rápido proceso
V
𝑁
Sc = fz. (D/2) 𝜋𝐷
Sc = 0,15 (10/2) 𝑁
𝜋 𝑁
𝑚𝑚
Sc= 0,75mm 2 ̂
RPM
𝑎𝑐
𝑓𝑧
w
s
𝑓𝑧
𝑎𝑐
s
𝑓𝑧
𝑎𝑐
Vf = fz. N. Z
𝑡𝑚
L V
Vf = (0,0754mm/z) (2546,48rpm) (2) Vf = 384.009 mm/min
𝑡𝑚 𝑡𝑚
𝑚𝑚 𝑚𝑖𝑛
Agujero de diámetro 16mm: Broca helicoidal enteriza 1 con un fz=0,2 mm/diente para un proceso rápido
V
𝑁
Sc = fz. (D/2) 𝜋𝐷
Sc = 0,2 (16/2) 𝑁
𝜋
𝑚𝑚
𝑁
Sc= 1,6mm 2 ̂
RPM
𝑎𝑐
𝑓𝑧
w
𝑎𝑐 𝑎𝑐
𝑓𝑧
s
s
𝑓𝑧
Vf = fz. N. Z
𝑡𝑚
L V
Vf = (0,09105 mm/z) (1591,549rpm) (2) 𝑡𝑚
Vf = 289,661 mm/min 𝑡𝑚
Tiempo total para el mecanizado de 5 agujeros es = 0.4479 min
𝑚𝑚 𝑚𝑖𝑛
PROBLEMA 4
Cuestión 1 La máquina adecuada para realizar las operaciones definidas en un centro de mecanizado un taladro de CN ( control numérico) también se podría seleccionar Agujero de diámetro 2mm = herramienta 2 en una broca para Φ 2mm z = 2 Agujero de diámetro 10mm = herramienta 6 es una broca para Φ 10mm z = 2 Cuestión 2 Agujero de 2 mm
Como la velocida del husillo máximo es 10000 entonces
Agujero de 10 mm Vc = 140 m/min
Cuestión 3 Agujero de 2 mm
Agujero de 10mm Cuestión 4 el rompe virutas se utiliza para conseguir un flujo y fraccionamiento de la viruta conveniente para que no sea demasiado corto o demasiado largo ayuda también par que el evacua miento de la viruta se rápido ayudando asi también a disipar el calor con ella los paramentos que limita son la profundidad de pasada y el avance
PROBLEMA 6 Se dispone de un centro de mecanizado en el que se va a realizar una serie de piezas como en la que aparece en la figura 1. Las piezas vienen ya fresadas y únicamente se va a realizar en esta máquina 4 agujeros dos de los cuales servirán de agujero previo para un roscado posterior. El centro de mecanizado dispone de una limitación que impide trabajar con fuerzas de empuje superior a los 5000N. Además se dispone del dato de que la fuerza de corte es el doble de la fuerza de empuje. La energía específica de corte del material es de 270
. Se supondrá que el ángulo de punta de todas las brocas es de 118ᵒ.
Las brocas para realizar los agujeros deben ser seleccionadas de la lista que se proporciona en la tabla 1.
SE ELIGIÓ LA SIGUIENTES BROCAS PARA CADA TALADRADO Tipo de broca
D(mm)
z
Broca helicoidal enteriza Broca de plaquitas
15 mm 21 mm
2 1
0.2 0.4
100 90
N= 2122.065 rpm
10000=2700
Se multiplicara por dos porque son dos agujeros
2 CASO
N= 1364.18 rpm
10000=2700
Se multiplicara por dos porque son dos agujeros
PROBEMA 7 Se desea realizar, en un taladro de columna, agujeros de 12mm de diámetro en un acero de resistencia a la tracción 85Kg/mm2 y cuya energía específica de corte (en N/mm2) viene dada por:
Siendo ac el espesor de viruta en mm. El taladrado se llevará a cabo con la Herramienta 1, de acero rápido, que debe utilizarse en este material con una velocidad de corte de 25m/min y con un avance por filo de 0,15mm. Se pide: 1. Obtener la potencia necesaria para realizar la operación, suponiendo un rendimiento de la máquina del 90%. 2. ¿Sería posible realizar esta operación en un Centro de Mecanizado utilizando la herramienta1? ¿Y utilizando la herramienta 2? Razona la respuesta 3. Manteniendo los parámetros de operación citados más arriba ¿Cómo afectaría a la potencia consumida el utilizar una herramienta similar a la 1, pero con 3 filos en vez de 2? 4. Representar el ángulo de desprendimiento y el ángulo de incidencia de la herramienta 1. Sobre esta misma vista representar el vector velocidad de corte. 5. En el contexto de esta operación, ¿para qué utilizarías un escariador?
Datos del problema: í
í
ó
Literal 1 Para calcular la potencia se utilizara la formula
donde es
necesario calcular primero la Espesor de corte (ac) y Anchura de viruta (aw) donde se aplicara las siguientes formulas
Ya encontrado los valores de ac y aw se calculará la sección de corte.
Una vez encontrado los valores de ac, aw y sc se procede a reemplazar en la fórmula de dato de la Energía específica de corte el ac ya encontrado anteriormente.
Para encontrar la potencia es necesario calcular la Fuerza de corte (Fc) donde se aplica la siguiente formula.
Una vez ya encontrado el valor de la Fc se aplicara la fórmula de la Potencia de Corte.
Una vez ya encontrado la potencia de corte el problema plantea que el rendimiento de la maquina es del 90% o 0.9 y este valor se lo dividirá a la potencia de corte.
Literal 2 Si es posible mecanizar en un centro de mecanizado con una herramienta 1 porque sus potencias nominales llegan a 75kW a diferencia de la potencia de 1642W y las velocidades de husillo de las máquinas más usadas tienen límites de 40008000 RPM. Algunas mesas inclinables son capaces de soportar piezas de más de 7000 Kg de peso. Literal 3 A diferencia del literal 1 el número de filos de la herramienta era 2 en este caso z será 3 y reemplazar en la formula con los valores ya encontrados
Una vez ya calculado la nueva potencia con el número de filos que es de 3, se hace una división del valor de Pc con el número de filos de 3, para la Pc del número de filos de 2 y así obtener la diferencia que existe entre estas dos potencias
Una vez obtenido el valor de la diferencia de potencia que hay entre estos dos se puede decir que la potencia que se mecanizo con la broca de tres filos utiliza una potencia 1,5 mayor a la potencia que se utilizó una broca de 2 filos. Literal 4
Literal 5 Un escariador es una herramienta cilíndrica de corte empleada para conseguir agujeros con una precisión elevada, normalmente de tolerancia H7. Y así poder mejorar la calidad geométrica y superficial de dicho agujero con una broca helicoidal.
