Procesos de Maquinado Por Arranque de Viruta_1

PROCESOS DE MAQUINADO PROCESOS POR ARRANQUE DE VIRUTA Realizado por:

ING. Edgar Andrés Patiño [email protected]

Ing. Edgar Andrés Patiño

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PROCESOS DE MAQUINADO

Clasificación de los procesos de manufactura (Youssef, 2008). Ing. Edgar Andrés Patiño

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Clasificación de los procesos de manufactura (Youssef, 2008). Ing. Edgar Andrés Patiño

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Clasificación procesos de maquinado. AJM, abrasive jet machining; WJM, water jet machining; USM, ultrasonic machining; AFM, abrasive fl ow machining; MAF, magnetic abrasive fi nishing; CHM, chemical machining; ECM, electrochemical machining; EDM, electrodischarge machining; LBM, laser beam machining; PBM, plasma beam machining. (Youssef, 2008).


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Exactitud en el maquinado (Tanigushi, 1983). Ing. Edgar Andrés Patiño

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Tres relativamente distintos paradigmas de manufactura (Trent, 2000).


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MAQUINADO POR ARRANQUE DE VIRUTA Características: Durante el maquinado por corte o arranque de viruta, la herramienta penetra en el material de trabajo a una profundidad de corte (depth of cut) . Un movimiento relativo, generado por el movimiento principal y de avance ( feed ), determinan la geometría del material de trabajo requerido. Las herramientas tienen un número específico de aristas de corte con una geometría conocida. La acción de corte remueve la porción maquinada en forma de viruta, la cual es visible a simple vista. Ing. Edgar Andrés Patiño

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MAQUINADO POR ARRANQUE DE VIRUTA La precisión de la superficie generada depende principalmente de la exactitud de la forma de cortar de la herramienta. Por ejemplo, el torneado (turning) produce partes cilíndricas, el fresado genera superficies planas, mientras el taladrado produce agujeros de diferentes diámetros.

Generación del corte por torneado. Ing. Edgar Andrés Patiño

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Formación y generación del corte por fresado frontal (El-Hoff, 2005).

MAQUINADO POR ARRANQUE DE VIRUTA Requerimientos: Movimiento relativo entre el material de trabajo y la herramienta de corte. Material, geometría y propiedades de la herramienta de corte y el material a trabajar. Suministro de energía que proporcione la potencia para el movimiento relativo y los esfuerzos de los diferentes componentes que intervienen en el proceso.


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MAQUINADO POR ARRANQUE DE VIRUTA Representación de los factores que influyen el comportamiento del maquinado por torneado (Grzesik, 2008).


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MAQUINABILIDAD “La maquinabilidad de una aleación es similar a la cata de vinos – fácilmente apreciable pero no fácilmente medible en términos cuantitativos (Trent, 2000 )” .

A causa de que no existe una métrica universal, la maquinabilidad puede ser considerada por uno o más criterios expuestos a continuación (Trent, 2000): Vida de la herramienta: La cantidad de material removido por

una herramienta, bajo unas condiciones específicas de corte, antes de que el rendimiento de la herramienta sea inaceptable o la herramienta se desgasta en una cantidad estandarizada. Tasa límite de remoción de material: La tasa máxima en la cual

el material puede ser maquinado para una corta vida de la herramienta. Ing. Edgar Andrés Patiño

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MAQUINABILIDAD Fuerzas de corte: Las fuerzas actuando en la herramienta

(medidas por un dinamómetro unas específicas) o la potencia consumida.

bajo

condiciones

Acabado superficial: El acabado superficial logrado bajo

condiciones específicas de corte. Forma de la viruta: La forma de la viruta como influencia en la

salida de las virutas alrededor de la herramienta, bajo ciertas condiciones de corte (Control de viruta).


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MOVIMIENTO RELATIVO El movimiento relativo entre el material de trabajo y la

herramienta de corte esta compuesto por: Movimiento primario o principal (Primary motion):

Determina esencialmente la velocidad de corte. Movimiento secundario o de avance (Secundary or feed motion):

proporciona material nuevo en la zona de corte. Movimiento de penetración (Depth of cut):

Genera el volumen de remoción. Ing. Edgar Andrés Patiño

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MOVIMIENTO PRINCIPAL También llamado movimiento primario, es el movimiento que se genera de una máquina herramienta o de forma manual, el cual causa un movimiento relativo en el que la cara de la herramienta de corte se aproxima al material. Usualmente el movimiento primario absorbe la mayor parte de la potencia requerida en el proceso.


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MOVIMIENTO SECUNDARIO También conocido como movimiento de avance, es un movimiento que puede ser generado por la herramienta o por la pieza de trabajo. Es aquel que en conjunto con el movimiento principal, permite la remoción continua o cíclica (repetida) del material de trabajo en forma de viruta y crea la nueva superficie maquinada con la característica geométrica deseada.


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PARÁMETROS DE CORTE Velocidad de corte v (cutting speed) (movimiento principal). Avance f (feed) (movimiento secundario): El avance está definido

como el desplazamiento de la herramienta relativo a la pieza, en la dirección del movimiento de avance y por unidad de ciclo o revolución de la pieza o la herramienta. Profundidad de corte a p (depth of cut) (movimiento de penetración): Ancho de la herramienta o del filo de corte que

determina el volumen del material removido. El producto de estos tres parámetros en torneado da la tasa de remoción (rate of removel) del materia, un parámetro frecuentemente usado en medición de eficiencia de operación de corte. Ing. Edgar Andrés Patiño

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MOVIMIENTOS Y PARÁMETROS DE CORTE en operaciones típicas de maquinado

Movimientos y parámetros en el torneado (Astakhov, 2010) Ing. Edgar Andrés Patiño

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Movimientos y parámetros en el mandrinado (Astakhov, 2010)


Movimientos en el taladrado (Astakhov, 2010) Ing. Edgar Andrés Patiño

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Movimientos en el escariado (Astakhov, 2010)


Parámetros de corte en el fresado tangencia Ing. Edgar Andrés Patiño

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Parámetros de corte en el fresado frontal . Ing. Edgar Andrés Patiño

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Profundidades de corte en el fresado frontal .

OPERACIONES DE DESBASTE Y DE ACABADO Operaciones de desbaste: Es el primer corte y está destinado a remover una gran cantidad de material con un gran avance ( f ).

Los esfuerzos producidos durante esta operación causaran probablemente deflexiones significativas en la máquina y imprecisión en la operación. Operación de acabado: Las operaciones de desbaste generan

demasiadas imprecisiones por este motivo se deja una pequeña cantidad de material antes de llegar a la dimensión requerida, el cual es removido por una operación de acabado que se realiza con un bajo avance (f). De esta manera dar a la pieza maquinada los requerimientos dimensionales y de acabado superficial exigidos. Ing. Edgar Andrés Patiño

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MAQUINADO ORTOGONAL Es un caso especial de maquinado en el cual el filo de la herramienta es perpendicular a la dirección de movimiento relativo entre la pieza y la herramienta. Como el maquinado ortogonal representa un problema bidimensional en lugar de uno tridimensional, es un modelo apropiado para investigaciones en las cuales es deseable eliminar tantas variables como sea posible. Por esto, la disposición simple del modelo de maquinado ortogonal es ampliamente usada en estudios teóricos y experimentales.


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(Boothroyd, 1989).

MAQUINADO ORTOGONAL Ángulos y superficies de la herramienta en el proceso de maquinado ortogonal.


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TORNEADO


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Torno Colchester Triumph 2000

TORNEADO Características: Emplea por lo regular herramientas monofilo. Remueve material por medio de la rotación del material de trabajo (Velocidad de corte tangencial). Se usa para formar geometrías de revolución aunque no necesariamente de un solo eje. El avance ( f ) tiene dirección perpendicular a la velocidad de corte (V ). La profundidad de corte (a p) se da por la penetración de la herramienta en el material de forma perpendicular a las direcciones de V y f. Ing. Edgar Andrés Patiño

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PARTES DEL TORNO


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PARTES PRINCIPALES DEL TORNO


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PARTES PRINCIPALES DEL TORNO Sujeción de la pieza:

Sujeción en el torno usando copas de mordazas, copa de tres mordazas y copa de cuatro mordazas independientes. Ing. Edgar Andrés Patiño

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Sujeción entre puntos para torneado. (Boothroyd, 1989)

PARTES PRINCIPALES DEL TORNO Sujeción de la herramienta de corte: Es necesario que la sujeción sea

firme y segura. Portaherramientas de sujeción: Sujeta firmemente la cuchilla incluso

en los casos de cortes fuertes. Portaherramientas cuádruple: hace posible la sujeción simultánea de cuatro

herramientas de corte, que pueden ponerse sucesivamente con rapidez en posición de trabajo.


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(Boothroyd, 1989)

Herramientas monofilo en torno Eje de la herramienta

Herramienta monofilo típica, según norma ISO/DIS 3002 (Boothroyd, 1989).

Cara, Aγ

base

Filo secundario, S´

Filo principal, S

Flaco secundario


Flaco principal, Aα 1

punta

ANÁLISIS CINEMÁTICO EN EL TORNEADO V = La velocidad de corte es la tasa en la cual la superficie del material de trabajo esta pasando por el filo de la herramienta. Se mide en metros por minuto (m/min) o pies por minuto (ft/min).

f = El avance, es la distancia recorrida en la dirección del movimiento de avance en el cual la herramienta de corte es medida en milímetros por revolución (mm/REV) o pulgadas por revolución (in/REV).

V f = La velocidad de avance, es la velocidad de la herramienta en la dirección de avance. Se mide en milímetros por minuto (mm/min) o pulgadas por minuto (in/min).

Donde π = 3,14, Dw es el diámetro del material en mm o pulgadas y n es la velocidad rotacional en revoluciones por minuto (RPM). Ing. Edgar Andrés Patiño

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ANÁLISIS CINEMÁTICO EN EL TORNEADO La velocidad de corte (v) y a la velocidad de avance ( v f ) pueden ser caracterizadas por su magnitud y dirección, es decir por un vector. La suman de estos vectores dan la dirección y magnitud del también llamado movimiento resultante (V e). Donde ηs es el ángulo de corte resultante . Y su calculo es:

¿Este ángulo si es representativo o puede ser despreciado? Calcular ηs sabiendo que Dw = 50 mm y f = 0,5 mm/REV. Discutir resultado.

(Astakhov, 2010) Ing. Edgar Andrés Patiño

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OPERACIONES EN TORNEADO TORNEADO No. 1 2 3 4 5 6 7 8

Operación Cilindrado Refrentado Mandrinado Roscado Tronzado Ranurado Moleteado Torneado conico


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Operation Straight turning Facing Boring and internal Grooving Threading Cutting off Grooving Knurling Taper turning

OPERACIONES EN TORNEADO EXTERNO

Operaciones de torneado externo. (Astakhov, 2010) Ing. Edgar Andrés Patiño

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OPERACIONES EN TORNEADO INTERNO (MANDRINADO)

Operaciones de torneado interno (Mandrinado “ Boring”). (Astakhov, 2010) Ing. Edgar Andrés Patiño

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CILINDRADO OPERACIONES EN TORNEADO


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(Astakhov, 2010)

CILINDRADO OPERACIONES EN TORNEADO

vmax

 

* d w * n

v punta   * d m * n v





* n * d w  d m  2

Tiempo de trabajo (t w ) 


Lm f * n

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REFRENTADO OPERACIONES EN TORNEADO


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REFRENTADO OPERACIONES EN TORNEADO

vmax t m



 

* d w * n

d w 2 * f * n


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MANDRINADO OPERACIONES EN TORNEADO


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(Astakhov, (Astakhov, 2010)

MANDRINADO OPERACIONES EN TORNEADO

(Astakhov, (Astakhov, 2010) 20 10)

v






* n * d w  d m  2

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t w



Lm f * n

TRONZADO Y RANURADO OPERACIONES EN TORNEADO


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TRONZADO Y RANURADO OPERACIONES EN TORNEADO

vmax

 

* d w * n



Ranurado

Tronzado


t m

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(d w  d m ) 2 * f * n

ROSCADO OPERACIONES EN TORNEADO


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ROSCADO OPERACIONES EN TORNEADO El roscado en torno es un tipo de cilindrado en el cual el avance corresponde al paso de la rosca, haciendo que el movimiento principal genere una hélice. En el torneado, el avance requerido para maquinar la rosca es creado por el husillo de roscar y el mecanismo de engranes del avance. La herramienta de roscar en torno

es un buril o un inserto que su forma debe coincidir con el perfil de la rosca que se desea maquinar. Ing. Edgar Andrés Patiño

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Roscado interno Roscado externo

MOLETEADO OPERACIONES EN TORNEADO


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MOLETEADO OPERACIONES EN TORNEADO Es un proceso de conformado en frío del material mediante unas moletas que presionan la pieza mientras da vueltas. Dicha deformación genera un incremento del diámetro inicial de la pieza. El moleteado se realiza en piezas que se tengan que manipular con la mano para evitar el resbalamiento que tuviesen en caso de ser lisa. El moleteado se realiza en los tornos con las moletas de diferentes pasos y dibujos. (Gerling, 1986)


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Piezas moleteadas: a) Moleteado paralelo; b) Moleteado en cruz; c) Moleteado diagonal

CONOS OPERACIONES EN TORNEADO Torneado de conos con el carro superior:

El carro superior o torreta ha de desplazarse en la dirección horizontal de la generatriz del cono. El procedimientos se presta para maquinado de conos delgados y truncados. Como el avance es realizado a mano, puede resultar un pobre acabado de la pieza. El recorrido lateral del carro por lo general es limitado, por este motivo solo se pueden tornear conos cortos. (Gerling, 1986) Ing. Edgar Andrés Patiño

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CONOS OPERACIONES EN TORNEADO Torneado de conos con desplazamiento del punto del cabezal móvil:

La pieza se coloca entre puntos. Si el punto del cabezal móvil está desplazado lateralmente respecto al centro, al moverse el carro portaherramientas longitudinalmente, da lugar a una forma cónica. Gerling (1986) recomienda que el desplazamiento del punto móvil no debe ser superior a 1/50 de la longitud de la pieza, ya que en caso contrario los puntos estarian muy forzados. Ing. Edgar Andrés Patiño

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El procedimiento esta limitado a tornear conos cortos y estrechos. Tiene la ventaja de que se puede trabajar con el avance automático. Caso en el cual la longitud del cono es igual a la separación entre conos:

(Gerling, 1986)

FRESADO


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FRESADO Características: El proceso de fresado es una importante operación de maquinado caracterizado por: Utilizar una herramienta (Fresa) con aristas cortantes de geometría definida dispuestas alrededor de un eje de giro. El movimiento principal de corte es proporcionado por la rotación de la fresa alrededor de su eje de giro. El movimiento de avance es aplicado generalmente a la pieza que esta siendo maquinada. Ing. Edgar Andrés Patiño

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PARTES DE LA FRESADORA Fresadora Horizontal:


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PARTES DE LA FRESADORA Fresadora Vertical: 1. Base. 2. Cuerpo o soporte. 3. Cabezal. 4. Husillo. 5. Mesa de fresado. 6. Carro transversal. 7. Carro vertical o ménsula. 8. Manija carro transversal. 9. Manija carro vertical. 10.Manija de avance. Ing. Edgar Andrés Patiño

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PARTES DE LA FRESADORA Sujeción del material de trabajo:

Tornillo de mordazas paralelas


Cabezal divisor

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SUPERFICIES OBTENIBLES POR FRESADO El proceso de fresado permite obtener una gran cantidad de tipos de superficies.


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SUPERFICIES OBTENIBLES POR FRESADO Algunos ejemplos de fresados

1. 2. 3. 5. 6. 7.

Fresado frontal de acabado. Fresado en escuadra. 4. Contorneado. Ranurado. Tornofresado. Fresado de roscas. Ing. Edgar Andrés Patiño

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SUPERFICIES OBTENIBLES POR FRESADO Algunos ejemplos de fresado:

8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

Tronzado. Fresado frontal de alto avance. Fresado de pared. Fresado de rebajes, rampa. Mandrinado, interpolación helicoidal. Fresado frontal en trayectoria circular. Fresado de cavidades. Ing. Edgar Andrés Patiño

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OPERACIONES DE FRESADO

Parámetros de corte en el fresado tangencia (Slab Milling). Ing. Edgar Andrés Patiño

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OPERACIONES DE FRESADO

Parámetros de corte en el fresado frontal (face Milling).. Ing. Edgar Andrés Patiño

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FRESADO FRONTAL Profundidades de corte:


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(Boothroyd, 1989)

FRESADO FRONTAL Análisis cinemático:

v

n * * d fresa 1000 (Boothroyd, 1989)

Los vectores están en un plano perpendicular al eje de la fresa. El ángulo entre los vectores de velocidad de corte ( v ) y velocidad de avance (V f ) varían continuamente. Como consecuencia el vector movimiento resultante (v e) varia continuamente en dirección y magnitud. Ing. Edgar Andrés Patiño

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TALADRADO

(Astakhov, 2010)


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TALADRADO Características: Se emplea por lo regular una herramienta de dos filos (brocas). La herramienta rota, generando una velocidad de corte tangencial. El avance ( f ) es paralelo al eje de rotación de la herramienta. La profundidad de corte ( a p) se considera el filo de la herramienta que determina el volumen de material removido. Se realizan agujeros con superficie interior cilíndrica. •

•

•

•

•


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PARTES DEL TALADRO En husillo va dispuesta la broca, por esta razón también se llama husillo porta herramienta. En su parte inferior va provisto de un agujero cónico en el que entra el mango de la herramienta. El

mecanismo del movimiento principal transmite al husillo el

movimiento de giro procedente de un motor eléctrico o de una transmisión. El Mecanismo para el avance da al husillo el movimiento de avance. La mesa de taladrar soporta la pieza a taladrar. Ing. Edgar Andrés Patiño

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Taladro de columna (Gerling, 1986)

TALADRADO PARTES DE LA BROCA


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(Astakhov, 2010)

TALADRADO MOVIMIENTOS Y PARÁMETROS DE CORTE v

n * * d m 1000

κ r = Ángulo de posición del filo principal κ r ’= Ángulo de posición del filo secundario


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t m



L f * n

OPERACIONES EN TALADRADO TALADRADO No. Operación Operation 1 Taladrado Drilling 2 Sondeo Core drilling 3 Taladrado escalonado Step Drilling 4 5 6 7 8

Abocardado Avellanado Escariado Taladrado de centro Taladrado de cañón


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Counterboring Countersinking Reaming Center Drilling Gun Drilling

OPERACIONES EN TALADRADO Operaciones básicas de taladrado:


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(Astakhov, 2010)

HERRAMIENTAS DE CORTE


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HERRAMIENTAS DE CORTE GEOMETRÍA Geometría de la herramienta de corte

Afecta Control de la viruta Dirección de flujo de la viruta. Rotura de la viruta.

Calidad superficial del maquinado

Productividad del maquinado

Vida de la herramienta

Aumento de la tasa de remisión de material.

Esfuerzo de corte.

Rugosidad.

Interacción herramienta-viruta.

Esfuerzos residuales.

Temperatura

Evacuación de la viruta.


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HERRAMIENTAS DE CORTE MATERIALES Requerimientos:

1. 2.

3. 4. 5. 6. 7.

Elevada dureza a elevada temperatura, para resistir desgaste abrasivo. Elevada resistencia a deformación, para prevenir la deformación o el colapso del filo bajo los esfuerzos producidos por la formación de la viruta. Elevada tenacidad de fractura para resistir la quebradura del filo, especialmente en corte interrumpido. Baja afinidad química con el material de trabajo, para resistir el desgaste por difusión, químico y por oxidación. Elevada conductividad térmica, para evacuar rápidamente el calor. Alta rigidez para mantener la precisión. Baja fricción con el material de trabajo, para prevenir la adherencia. Ing. Edgar Andrés Patiño

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HERRAMIENTAS DE CORTE MATERIALES Los materiales para herramientas mas importantes en la industria de maquinado son: 1. Acero rápido (High Speed Steel-HSS ). 2. Metal duro-MD (Carbide). 3. Cermets. 4. Cerámicos. 5. Nitruro de boro cúbico policristalino (Polycrystalline cubic boron nitride-PCBN). 6. Diamante policristalino (Polycrystalline diamond-PCD ).


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HERRAMIENTAS DE CORTE MATERIALES


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(Astakhov, 2008)

HERRAMIENTAS DE CORTE MATERIALES Recomendaciones de uso


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FLUIDOS DE CORTE NECESIDAD Durante el maquinado hay un importante porcentaje de energía que se transforma en calor.


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FLUIDOS DE CORTE NECESIDAD Las funciones básicas de los fluidos de corte son proveer lubricación y refrigeración, reduciendo la severidad del contacto herramienta-viruta y herramienta-material de trabajo. El uso de fluidos de corte es necesario en muchas ocasiones por una o varias de las siguientes razones: 1. Para prevenir que la herramienta, la pieza o la maquina se sobrecalienten, distorsionando el proceso. 2. Para aumentar la vida de la herramienta. 3. Para mejorar el acabado de la pieza. 4. Para evacuar las virutas del área de trabajo. 5. Para lavar y manipular la pieza terminada. Ing. Edgar Andrés Patiño

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FLUIDOS DE CORTE Comparación de los efectos refrigerantes y lubricantes para diferentes fluidos de corte


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(Grzesik, 2008)

VIRUTAS


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VIRUTAS Etapas de formación de la viruta

1. Deformación: el material es deformado por la arista de corte que va penetrando en él. 2. Corte: la mayor deformación se tiene en la zona de cizalladora o corte. En este zona tiene lugar un esfuerzo cortante mayor que la resistencia al corte del material de trabajo, por lo que resulta cortada una parte de viruta (elemento de viruta). 3. Salida de viruta: en el caso de materiales frágiles como por ejemplo el hierro fundido se desprenden partes de viruta. Cuando el material es tenas (por ejemplo el acero) se unen unas a otras y forman una viruta continua. Ing. Edgar Andrés Patiño

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VIRUTAS Etapas de formación de la viruta

(Gerling, 1986)


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VIRUTAS TIPOS DE VIRUTAS Viruta discontinua (discontinuous chip): Se produce en los

materiales frágiles, quebradizos como la fundición o el bronce, pero también puede producirse cuando maquinan materiales dúctiles a muy baja velocidad y avances.

Virutas discontinuas, torneadas a un avance de 0,15 mm, a la derecha latón con plomo a una velocidad de corte de 120 m/min y acero dúctil a una velocidad de corte de 120 m/min 5 m/min 1. (Childs, 2000) Ing. Edgar Andrés Patiño 1

VIRUTAS TIPOS DE VIRUTAS Viruta continua (continuous chip): esta ocurre cuando los materiales trabajados son tenaces y las velocidades de corte levadas.

Viruta continua, latón 70/30 torneado a un avance de 0,15 mm y una velocidad de corte de 50 m/min1.

(Childs, 2000) Ing. Edgar Andrés Patiño

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VIRUTAS TIPOS DE VIRUTAS Viruta continua con filo recrecido (continuous chip with built-up): Bajo ciertas condiciones la fricción entre la viruta y la herramienta es suficientemente grande para que la viruta se soldé a la cara de herramienta. La presencia de este material soldado aumenta aún más la fricción, y este aumento induce el auto soldado de una mayor cantidad de la viruta. El material apilado resultante es conocido como filo recrecido. Viruta con filo recrecido, acero dúctil torneada a un avance de 0,15 mm con velocidad de corte de 25 m/min3


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(Childs, 2000)

VIRUTAS TIPOS DE VIRUTAS Clasificación de las formas de la viruta según la norma 3685-1977

(Boothroyd, 1989)


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VIRUTAS TIPOS DE VIRUTAS Clasificación de las formas de la viruta según la norma 36851977

(Trent, 2000) Ing. Edgar Andrés Patiño

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VIRUTAS TIPOS DE VIRUTAS

(Trent, 2000) Un caso de régimen de formación y rotura de la viruta para varios avances y profundidades de corte. v= 100 m/min, γ = 0 , radio de punta = 0,8mm y materal de trabajo =acero 1045. °


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Procesos de Maquinado Por Arranque de Viruta_1

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