TECNOLOGIA DE REFRIGERANTES
LAS
HERRAMIENTAS
DE
CORTE
Y
FLUIDOS
Los Insertos para torno son herramientas de metal duro con un recubrimiento químico que le permite tener una mayor resistencia al desgaste. Hoy en día son bien conocidas las ventajas de utilizar insertos en los procesos de torneado, tendremos mayor repetitividad, precisión dimensional, eficacia, mejores acabados y sobre todo ahorro en los costos del proceso de mecanizado. Una herramienta de corte típica para usar en un torno (también conocida como buril) consta principalmente de un cuerpo, mango o vástago, y de un cabezal donde se encuentra la parte cortante. A su vez, el cabezal se compone de diversas partes, tal como vemos en la figura de abajo.
PARTES DE UNA HERRAMIENTA TÍPICA PARA TORNO PARTES DE UNA HERRAMIENTA TÍPICA PARA TORNO Es requisito indispensable que la herramienta de corte presente alta dureza, incluso a temperaturas elevadas, alta resistencia al desgaste y gran ductilidad. Estas características dependen de los materiales con los que se fabrica la herramienta, los cuales se dividen en varios grupos:
Acero al carbono: de escasa aplicación en la actualidad, las herramientas fabricadas en acero al carbono o acero no aleado tienen una resistencia térmica al rojo de 250300 ºC y, por lo tanto, se emplean solamente para bajas velocidades de corte o en el torneado de madera y plásticos. Son herramientas de bajo costo y fácil tratamiento térmico, pero por encima de 300°C pierden el filo y la dureza. Con acero al carbono se fabrican machuelos, terrajas, limas de mano y otras herramientas similares.
Acero rápido: son herramientas de acero aleado con elementos ferrosos tales como tungsteno, cromo, vanadio, molibdeno y otros. Estos aceros adquieren alta dureza, alta resistencia al desgaste y una resistencia térmica al rojo hasta temperaturas de 650 ºC. Aunque a escala industrial y en el mecanizado de alta velocidad su aplicación ha disminuido notablemente en los últimos años, las herramientas de acero rápido aún se prefieren para trabajos en metales blandos o de baja producción, porque son relativamente económicas y son las únicas que se pueden volver a afilar
en amoladoras o esmeriladoras provistas de una muela abrasiva de óxido de aluminio, de uso común en la mayoría de los talleres.
Los materiales que siguen son aquellos con los que se construyen los hoy tan difundidos insertos o plaquitas.
Carburo cementado o metal duro: estas herramientas se fabrican a base de polvo de carburo, que junto a una porción de cobalto, usado como aglomerante, le otorgan una resistencia de hasta 815°C. Los carburos más comunes son: carburo de tungsteno (WC o widia), carburo de titanio (TiC), carburo de tantalio (TaC) y carburo de niobio (NbC). Por su dureza y buena resistencia al desgaste son las herramientas más adecuadas para maquinar hierro colado, metales no ferrosos y algunos materiales abrasivos no metálicos. Otra categoría de metales duros aleados comprende carburo cementado recubierto, donde la base de carburo cementado se recubre con carburo de titanio, nitruro de titanio (TiN), óxido de aluminio, nitruro de titanio y carbono (TiCN) y nitruro de titanio y aluminio (TiAlN).
Cermet (combinación de material cerámico y metal): aunque el nombre es aplicable incluso a las herramientas de carburo cementado, en este caso las partículas base son de TiC, TiCN y TiN en vez de carburo de tungsteno. El aglomerante es níquelcobalto. Estas herramientas presentan buena resistencia al desgaste, alta estabilidad química y dureza en caliente. Su aplicación más adecuada es en los materiales que producen una viruta dúctil, aceros y las fundiciones dúctiles.
Cerámica: existen dos tipos básicos de cerámica, las basadas en óxido de aluminio y las de nitruro de silicio. Son duras, con alta dureza en caliente y no reaccionan químicamente con los materiales de la pieza, pero son muy frágiles. Se emplean en producciones en serie, como el sector automotriz y las autopartes, donde dado a su buen desempeño, han logrado aumentar notablemente la cantidad de piezas fabricadas.
Nitruro de boro cúbico (CBN): es el material más duro después del diamante. Presenta extrema dureza en caliente, excelente resistencia al desgaste y en general
buena estabilidad química durante el mecanizado. Es frágil, pero más tenaz que la cerámica.
Diamante policristalino (PCD): es sintético y casi tan duro como el diamante natural. Presenta una increíble resistencia al desgaste y una baja conductividad térmica, por lo que la vida útil de la herramienta es hasta cien veces mayor que la del carburo cementado. Sin embargo, también es muy frágil, las temperaturas de corte no deben exceder de 600 ºC, no puede usarse para cortar materiales ferrosos porque existe afinidad y no sirve para cortar materiales tenaces.
Estandarización de las herramientas de corte Ahora que hemos visto los principales materiales que componen una herramienta de corte para torno, veamos otras clasificaciones importantes que caracterizan cada herramienta y que responden a las normas internacionales ISO y/o DIN que detallaremos seguidamente. Las herramientas para torno pueden clasificarse:
1) Según la dirección de avance de la herramienta:
Corte derecho (R): son herramientas que avanzan de derecha a izquierda. Corte izquierdo (L): son herramientas que avanzan de izquierda a derecha. 2) Según la forma del vástago de la herramienta:
Vástago recto: cuando desde el extremo de la herramienta se observa un eje recto. Vástago acodado: cuando desde el extremo de la herramienta se observa que su eje se dobla hacia la derecha o la izquierda, cerca de la parte cortante. 3) Según el propósito o aplicación de la herramienta:
Cilindrado: la pieza se rebaja longitudinalmente para generar formas cilíndricas.
Refrentado: se rebaja el extremo de la pieza para lograr que quede a 90º respecto del eje de simetría. Torneado cónico: se combina el movimiento axial y radial de la herramienta para crear formas cónicas y esféricas. Roscado: la pieza se rebaja de forma helicoidal para crear una rosca que puede servir para colocar una tuerca o unir piezas entre sí. Mandrinado: se rebaja el interior de un orificio para lograr medidas muy precisas. Torneado de forma: la herramienta se desplaza radialmente de afuera hacia adentro de la pieza. Un corte a profundidad constante deja la forma ranurada o acanalada, mientras que un corte profundo corta totalmente el cilindro (tronzado). Taladrado: se emplea una broca para efectuar orificios en la pieza y las herramientas empleadas en el taladrado en el torno son las mismas que se utilizan en las taladradoras. Para efectuar agujeros profundos se utilizan básicamente dos tipos de brocas: brocas helicoidales con agujeros para la lubricación forzada y brocas para cañones. Escariado: para escariar en el torno, además de las herramientas de filo simple, se utilizan también los escariadores de dientes, también llamados escariadores para máquina. Los escariadores están formados por un número de dientes rectos o helicoidales que varía de 4 a 16, dispuestos simétricamente alrededor del eje de la herramienta. 4) Según el método de fabricación de la herramienta:
Herramientas integrales o enteras: se forjan a la forma requerida en una sola pieza de un mismo material. Se fabrican en forma de barra redonda, cuadrada o rectangular de acero para herramientas forjadas, que en un extremo tienen su filo cortante. Herramientas compuestas: son de distintos tipos que podemos clasificar en tres subgrupos: Herramientas fabricadas con distintos materiales: por lo general, el vástago es de acero para construcciones y la parte cortante es de acero rápido y está soldada a tope. Herramientas con placa soldada: vástago de acero y parte cortante de acero rápido o widia en forma de pequeña pastilla o placa soldada. La soldadura de cada
herramienta requiere tiempo y destreza. Dependiendo de la aplicación, de la forma del vástago y de la dirección de avance, estas herramientas se clasifican según normas ISO y DIN (ver tabla más abajo). La placa soldada puede volver a afilarse cuando sea necesario y hasta el término de su vida útil. Portaherramientas con placa intercambiable: constan de un mango o portaherramientas capaz de reutilizarse innumerables veces, en el que alternativamente pueden montarse y desmontarse pequeñas pastillas o placas intercambiables denominadas insertos, de compuestos cerámicos, de forma triangular, cuadrada, rómbica, redonda u otras. Los insertos están diseñados para intercambiarse o rotarse a medida que cada borde de corte se desgasta y al término de su vida útil se descartan, por lo que no se requiere el afilado. Los insertos se clasifican bajo estrictas normas ISO que veremos detalladamente en un próximo artículo. Clasificación ISO/DIN de las herramientas con placa soldada de metal duro En la siguiente figura vemos las principales aplicaciones de las herramientas para torno, con la clasificación ISO/DIN específica de las que presentan placa soldada de widia, detallada en la tabla correspondiente.
FLUIDOS REFRIGERANTES Como su nombre lo indica su principal función es la de controlar la temperatura, ayudar a mantener en temperaturas bajas los elementos de corte y a maquinar. El refrigerante debe tener una alta conductividad térmica, baja viscosidad y un elevado calor específico, todo esto para obtener la mejor ventaja en mantener la baja la temperatura. 2.- Cubrir las piezas de corte y las piezas a maquinar contra la corrosión y oxidación.
3.- Eliminar bacterias al ser almacenado. 4.- Servir como Lubricante en las piezas de corte y las piezas que son maquinadas para evitar desgastes innecesarios. Debe poderse adherirse a los materiales tanto de corte como a maquinar para poder reducir el rozamiento entre ellos al lubricarlos y que pueda también tener un desplazamiento mejor de la viruta y escoria. 5.- Limpiar el área de corte de virutas, polvo y escoria que se pueda juntar. 6.- Disminuir la energía utilizada por la herramienta de corte para realizar el trabajo de maquinado. 7.- Ayuda a tener un mejor acabado a las piezas maquinadas.
Las refrigerantes de corte de maquinado deben tener las siguientes propiedades: Dentro de los fluidos de corte más utilizados se citan los siguientes: 1. Refrigerante hecho a base de aceites minerales. En los cuales se encuentran los aceites derivados del petróleo, estos aceites tienen un buen poder refrigerante y de protección contra la oxidación, pero tienen poco poder lubricador. Su uso es en maquinados de aleaciones ligeras y de rectificado. 2. Refrigerante de corte hecho a base de aceites animales. Algunos de ellos son el aceite del sebo animal y otros que se obtienen de otros animales, tienen la característica de ser buenos en lubricación y ser refrigerantes, pero no protegen contra la oxidación. 3. Refrigerante de corte elaborado a base de aceites emulsionables. Se obtienen
mezclando el aceite mineral con agua en varias poporciones. 4. Refrigerantes hechos a base de aceites vegetales. Son aceites obtenidos a partir de semillas o plantas y tienen la característica de ser buenos en lubricación y en ser refrigerantes, pero no protegen contra la oxidación. 5. Refrigerante de corte y maquinado elaborado a base de aceites y bisulfuro de molibdeno. Tienen buena lubricación a presiones elevadas y facilitan el deslizamiento de la viruta, pero no protegen a los metales no ferrosos contra la corrosión y oxidación. También existen los aceites inactivos. 6. Refrigerante de corte hecho a partir de alguna mezcla de los anteriores. Son mezclas para obtener las mejores características de cada uno. A estas mezclas también se les agregan elementos bactericidas para evitar que al almacenarlos con viruta y otros aceites se generen bacterias que causan los malos olores.
¿Cómo elegir el mejor refrigerante de corte? Estos algunas de las propiedades a cubrir para elegir el mejor refrigerante: 1.- El material de la pieza a maquinar: Los refrigerantes de corte en base a derivados del petróleo se utilizan para maquinado de aleaciones ligeras; Si se va a utilizar latón, cobre o bronce se utilizan refrigerantes hechos a base de aceites libres de azufre; para el níquel o aleaciones con él se pueden utilizar los refrigerantes emulsificantes. Los aceros inoxidables pueden utilizar refrigerante de corte con lubricante al bisulfuro de molibdeno y los aceros al carbono utilizan refrigerantes de corte a base de aceite. 2.- El material de la herramienta de corte. Las herramientas de corte hechas a base de acero al carbono necesita enfriamiento más que otra cosa y para esto se utilizan las emulsiones; las herramientas de corte hechas a base de acero rápido utilizan refrigerante de acuerdo al material a maquinar, en las herramientas hechas a base de aleaciones duras se puede trabajar en seco o se utilizan refrigerantes de corte emulsificantes. 3.- Maquina manual o automática:. En los tornos automáticos y centros de maquinado CNC se utilizan refrigerantes de corte emulsionables de tipo semisintético. N los taladros se utilizan refrigerantes base aceite de tipo sintético de baja viscosidad y en máquinas de fresado se emplean refrigerantes emulsionables tipo sintético.
La diluciones recomendadas son: De 5 a 10% Emulsiones diluidas. Se utilizan para trabajos ligeros y tienen poca protección lubricante. De 13 a 20% Emulsiones medias. Tienen mejor lubricación y se utilizan en maquinado de metales de dureza media y velocidades medianamente altas.
Si la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicación, el consumo deenergía es mayor y el desgaste puede ser mayor por falta de circulación.Solamente la viscosidad correcta maximizará la vida útil y la eficiencia delmotor, transmisión, sistema hidráulico o lo que sea la aplicación.Un aceite delgado es menos resistente a fluir, por eso su viscosidad es baja.Un aceite grueso es más resistente a fluir y por eso tiene una viscosidad másalta. Las viscosidades de los aceites normalmente son medidas y especificadasen centistoke (cSt) a 40°C o 100°C. Frecuentemente se habla de estaviscosidad como viscosidad dinámica o viscosidad cinemática.
Esto es la viscosidad absoluta dividido por la densidad del aceite. En lapráctica es determinada midiendo el tiempo necesario para que pase unacantidad específica de aceite por un tubo capilar por gravedad a 40°C y/o100°C. Por esta misma definición podemos ver que el aceite más viscosoofrece más resistencia y consume más
energía para moverse y permitir elmovimiento de las piezas del motor, reductor, transmisión, sistema hidráulico ocualquier otro sistema que tenemos.Normalmente se Operación con la que se trata de conseguir unas superficies con irregularidades superficiales muy bajas, es decir, con rugosidad muy reducida. El esmerilado de superficies planas se efectúa sobre unos planos apropiados llamados esmeriladores, sobre los cuales se distribuyen polvos abrasivos mezclados con aceite mineral; las superficies a mecanizar se frotan contra los planos esmeriladores, variando continuamente la dirección y el sentido del movimiento hasta obtener el efecto deseado. El plano de trabajo está constituido generalmente por fundición y en la práctica es un mármol con acanaladuras en las cuales se recoge el exceso de abrasivo. En función del tipo de abrasivo empleado pueden obtenerse superficies rectificadas, pulidas o simplemente desbastadas. Para el esmerilado de superficies complejas o de grandes dimensiones, el utilaje debe ser mucho más complicado; en algunos casos el efecto de abrasión se obtiene pulverizando violentamente la superficie con polvos abrasivos; esta operación toma asimismo el nombre de arenado. También sobre el motor del automóvil se efectúan operaciones y tratamientos de esmerilado. La operación de esmerilado más conocida es la que se realiza sobre las válvulas y sus asientos en la revisión de la *culata. La finalidad que se pretende es obtener una superficie de contacto entre el asiento y la válvula completamente correcta y sin defectos. Es sabido que, con el tiempo, por efecto del proceso de combustión se forman depósitos tanto sobre las válvulas de admisión como sobre las de escape; como consecuencia, el contacto entre las válvulas y su asiento se hace defectuoso y discontinuo. En estas condiciones la transmisión de calor entre la válvula y la culata es reducida y, como si esto no fuese suficiente, los frentes de llama se introducen entre la válvula y el asiento acelerando el proceso de corrosión y de quemado. Esto y otros motivos, como por ejemplo el defectuoso reglaje del juego de las válvulas, producen en maneras diferentes los defectos de contacto anteriormente descritos. De todo esto se deriva la necesidad de efectuar la operación de esmerilado; ésta puede ser precedida por un rectificado cuando se note un desgaste notable o signos de hundimientos en la zona de contacto. Este es el caso general, puesto que la revisión de la culata se efectúa después de 30.000-40.000 km de recorrido. El esmerilado sirve, pues, para adaptar perfectamente las válvulas a sus alojamientos. Generalmente, esta operación se realiza de la siguiente manera:
- Se distribuye sobre los asientos de la culata una pequeña cantidad de pasta abrasiva de carborundo de grano fino, evitando ensuciar el vastago y la guía de válvula. - Posteriormente, se aplica a la tulipa de la válvula una ventosa unida a un mango apropiado, con el cual se aplica un movimiento alternativo de rotación a la válvula, empujándola al mismo tiempo contra el asiento. La rotación puede conseguirse con el utilaje equipado con un motor eléctrico. El movimiento debe repetirse levantando de vez en cuando la válvula, hasta que las superficies queden uniformemente opacas y regulares. Después de estas operaciones es necesario lavar perfectamente los asientos y las válvulas con petróleo y después efectuar el control de la retención. La prueba de retención más simple es efectuada por cada par de válvulas, después de haber vuelto a montar la bujía en su alojamiento, vertiendo en la cámara de combustión una determinada cantidad de gasolina que se ha mezclado con azul de metileno. Al cabo de un cierto tiempo se comprueba que no se hayan producido infiltraciones en los colectores de admisión ni en los de escape. Otra operación de esmerilado que se efectúa sobre el motor es la que realiza en el interior de los cilindros. De hecho, dicha operación constituye el acabado realizado en el cilindro durante el ciclo de mecanizado. Se efectúa con máquinas transferí, mediante mandriles, que llevan 3-4 piedras abrasivas que son empujadas con muelles o sistemas hidráulicos contra las paredes de las camisas; la operación determina un aspecto característico de la falda del pistón. Los mandriles poseen un movimiento giratorio y otro de traslación, de manera que el utilaje arranque una cantidad mínima de metal y elimine la rugosidad dejada por las operaciones de mecanizado. El esmerilado no debe rebasar un cierto límite, puesto que un determinado grado de rugosidad favorece la lubricación. Esta misma operación se repite también cuando se efectúa un escariado del cilindro para eliminar las estrías o la ovalización que se hayan producido eventualmente en las camisas. La operación de escariado debe efectuarse de manera que deje una irregularidad de metal de 0,04-0,05 mm, que es eliminada por el esmerilado empleando un abrasivo de grano fino. A continuación se repasan las camisas con tela de esmeril muy fina, adecuadamente enrollada sobre el esmerilador de manera que, una vez acabada la operación, el diámetro interior del cilindro alcance la cota deseada. Cuando estas operaciones son efectuadas a mano toman el nombre de pulido. El pulido debe efectuarse siempre, incluso cuando se montan aros elásticos y pistones nuevos, procurando eliminar, una vez acabada la operación, cualquier traza de abrasivos. Por el
contrario, el esmerilado de los cilindros, sin cambio de los aros elásticos como mínimo, podría ser desaconsejable, puesto que aumentaría el consumo de aceite. Otra operación de esmerilado es la que a veces se efectúa para la limpieza completa de las bujías. En realidad, se trata de un arenado efectuado ccfn un aparato especial, que consiste en someter el interior de la bujía a un chorro violento de arena silícea, de manera que elimine las lacas y las incrustaciones totalmente.
TORNO El torno, la máquina giratoria más común y más antigua, sujeta una pieza de metal o de madera y la hace girar mientras un útil de corte da forma al objeto. El útil puede moverse paralela o perpendicularmente a la dirección de giro, para obtener piezas con partes cilíndricas o cónicas, o para cortar acanaladuras. Empleando útiles especiales, un torno se puede utilizar también para obtener superficies lisas, como las producidas por una fresadora, o para taladrar orificios en la pieza. Operaciones básicas del torno Torneado cilíndrico.- Es una operación que consiste en dar forma cilíndrica a un material en rotación, por la acción de una herramienta de corte.
Es una de las operaciones mas ejecutadas en el torno, con el fin de obtener formas cilíndricas definitivas (ejes y bujes) o también preparar el material para otras aplicaciones. Refrentado.- Refrentar es hacer en el material una superficie plana perpendicular al eje del torno, mediante la acción de una herramienta de corte que se desplaza por medio del caro transversal. Esta operación es realizada en la mayoría de las piezas que se ejecutan en el torno, tales como: ejes, tornillos, tuercas y bujes. El refrentado sirve para obtener una cara de referencia o como paso previo al agujereado.
Agujero de centro.- Hacer agujero de centro es abrir un orificio de forma y dimensión determinadas, con una herramienta denominada broca de central. Esta operación se hace, en general, en materiales que necesitan ser trabajados entrepuntas o entreplato y punta. A veces se hace agujero de centro como paso previo para agujerear con broca común.
CAM / Manufactura Asistida por Computadora Manufactura Asistida por Computadora (CAM) comunmente se refiere al uso de aplicaciones de software computacional de control numérico (NC) para crear instrucciones detalladas (G-code) que conducen las máquinas de herramientas para manufactura de partes controladas numéricamente por computadora (CNC). Los fabricantes de diferentes industrias dependenden de las capacidades de CAM para producer partes de alta calidad. Una definición más aplia de CAM puede incluir el uso de aplicaciones computacionales para definir planes de manufactura para el diseño de herramientas, diseño asistido por computadora (CAD) para la preparación de modelos, programación NC, programación de la inspección de la máquina de medición (CMM), simulación de máquinas de herramientas o post-procesamiento. El plan es entonces ejecutado en un ambiente de producción, como control numérico directo (DNC), administración de herramientas, maquinado CNC, o ejecución de CCM.
Beneficios de CAM Los beneficios de CAM incluyen un plan de manufactura correctamente definido que genera los resultados de producción esperados. Los sistemas CAM pueden maximizar la utilización de la amplia gama de equipamiento de producción, incluyendo alta velocidad, 5 ejes, máquinas multifuncionales y de torneado, maquinado de descarga eléctrica (EDM), y inspección de equipo CMM. Los sistemas CAM pueden ayudar a la creación, verificación y optimización de programas NC para una productividad óptima de maquinado, así como automatizar la creación de documentación de producción. Los sistemas CAM avanzados, integrados con la administración del ciclo de vida del producto (PLM) proveen planeación de manufactura y personal de producción con datos y administración de procesos para asegurar el uso correcto de datos y recursos estándar. Los sistemas CAM y PLM pueden integrarse con sistemas DNC para entrega y administración de archivos a máquinas de CNC en el piso de producción.
