Teoría de Mecanizado Convencional Convencional Máquinas Herramientas: Son máquinas no portables que operadas por una fuente de energía exterior, Conforman los materiales por arranque de viruta, abrasión, choque, presión, técnicas eléctricas, o una combinación de ellos. Se consideran tres tipos básicas: Torneado Fresado Taladrado Torneado: Genera formas cilíndricas La pieza tiene un movimiento rotativo La herramienta se desplaza radial o longitudinalmente Fresado: Gran versatilidad La pieza normalmente se mantiene fija La herramienta gira y se desplaza en una o dos direcciones Taladrado: Sólo para mecanizar agujeros. Aún así es la operación más realizada La pieza se mantiene fija La herramienta gira y se desplaza longitudinalmente Puede realizarse en una fresadora
Torneado
Taladrado
Fresado Herramientas específicas para cada aplicación, pero puede hacerse una distinción fundamental: Herramientas enterizas Herramientas de placa soldada Herramientas de plaquita intercambiable (mayor parte de las herramientas actuales)
Herramientas de torneado
Herramientas de fresado
Herramientas de taladrado Procesos de Mecanizado Torneado DESCRIPCIÓN Con el nombre genérico de torneado se conoce al conjunto de operaciones de mecanizado que pueden efectuarse en la máquina herramienta denominada torno. El torno fundamentalmente permite obtener piezas de revolución, aunque también es posible la obtención de superficies planas mediante ciertas operaciones. El movimiento principal en el torneado es de rotación y lo lleva la pieza, mientras que los movimientos de avance y penetración son generalmente rectilíneos y los lleva la herramienta. Movimiento fundamental de corte: -rotativo -pieza Movimiento fundamental de avance:
-rectilíneo (generalmente) -herramienta El eje de rotación de la pieza se designa como eje Z. El eje X se define paralelo a la bancada y perpendicular a Z, mientras que el eje Y, de escasa utilización en torneado, se define de forma tal que constituye un triedro rectángulo orientado a derechas con los ejes X y Z. En algunas máquinas y operaciones, el movimiento de avance puede no seguir una trayectoria rectilínea. Este es por ejemplo un caso típico de operaciones efectuadas en tornos de control numérico que permiten el control simultáneo de los ejes Z y X.
PRINCIPALES PARTES Cabezal: proporciona el par necesario para -hacer girar la pieza -producir el corte Bancada: posee guías paralelas al eje de giro de la pieza Carros: -carro longitudinal: se desplaza sobre las guías de la bancada -carro transversal: sobre el anterior, soporta la torreta portaherramientas El motor de accionamiento, situado en la parte inferior de la estructura, suministra la potencia requerida para el mecanizado. Dependiendo del tamaño y de las aplicaciones a las que se destine, el valor de la potencia puede oscilar desde 1 kW en las máquinas más pequeñas hasta 90 kW o incluso valores superiores en máquinas de mayor tamaño. Del motor de accionamiento parte la cadena cinemática de transmisión (correas, engranajes, cajas de cambio, sistema hidráulico, etc.) que permite la transmisión de la potencia a los puntos en los que ésta se requiere. El mayor consumo de potencia es requerido en el movimiento principal de rotación de la pieza. Esta rotación se realiza alrededor del eje principal o husillo de la máquina. Otro requerimiento de potencia, aunque de cuantía muy reducida en relación al anterior, procede del carro o mesa portaherramientas y es necesario para que la herramienta pueda realizar los desplazamientos de avance y de penetración. Coaxial con el husillo se encuentra el cabezal fijo de la máquina, que normalmente incorpora el plato de garras como elemento estándar de sujeción. El cabezal fijo mueve el husillo y hace girar a la pieza a mecanizar. En el extremo opuesto se encuentra el cabezal móvil o contrapunto que se utiliza como elemento auxiliar de sujeción en piezas largas y como soporte de herramientas en ciertas operaciones. Todos estos elementos son solidarios a una
bancada que permite la fijación de la máquina-herramienta al suelo y proporciona rigidez estructural a cada uno de ellos. La herramienta de corte está sostenida por una torreta y se encuentra fijada al carro transversal que se mueve horizontalmente a lo largo de la bancada gracias a un tornillo sin fin. La herramienta puede avanzar paralela al eje de trabajo y radialmente Para piezas cuyo diámetro es mucho mayor que su longitud se utilizan tornos Verticales HERRAMIENTAS PARA TORNO
Operación de desbaste : la prioridad en una operación de desbaste es arrancar un volumen de metal tan eficientemente como sea posible el mayor requerimiento es le resistencia del filo de corte. .
Operación de acabado : en acabado el volumen de metal arrancado es menor. Tiene por objetivo obtener unas superficies que cumplan con unas exigencias de rugosidad y tolerancias impuestas. . Operaciones más frecuentes a realizar en un torno:
Cilindrado (a). Permite la obtención de una geometría cilíndrica de revolución. Puede aplicarse tanto a exteriores como a interiores.
Refrentado (b). Permite la obtención de superficies planas perpendiculares al eje de rotación de la máquina.
Roscado (c). Permite la obtención de roscas, tornillos en el caso de roscado exterior y tuercas en el caso de roscado interior.
Cajeado o Ranurado (d). Permite la obtención de cajas o ranuras de revolución. Tronzado (d). Permite cortar o tronzar la pieza perpendicularmente al eje de rotación de la pieza.
Taladrado (e). Permite la obtención de taladros coaxiales con el eje de rotación de la pieza.
Moleteado (f). Permite el marcado de la superficie cilíndrica de la pieza a fin de facilitar la rotación manual de la misma. PARÁMETROS 1. VELOCIDAD DEL HUSILLO n (rpm ): velocidad a la que gira la pieza
2. VELOCIDAD DE CORTE vc (m/min) : velocidad a la que el filo de corte mecaniza la superficie de la pieza, es la velocidad a la que la periferia del diámetro de cortes pasa ante el filo de la herramienta. • ES CONSTANTE SIEMPRE Y CUANDO SE MANTENGAN CONSTANTES EL DIÁMETRO A MECANIZAR Y LAS REVOLUCIONES DEL HUSILLO. • SI ES DEMASIADO PEQUEÑA, NO SE GENERAN LAS FUERZAS SUFICIENTES PARA QUE SE PRODUZCA EL CORTE. [150,180] m/min.
VELOCIDAD DE AVANCE vf (mm/min) : es el desplazamiento de la herramienta en varias direcciones.
AVANCE POR REVOLUCIÓN f (m/rev): es el desplazamiento de la herramienta en une vuelta de la pieza giratoria. . • ES UN VALOR CLAVE PARA DETERMINAR LA CALIDAD DE LA UPERFICIE A MECANIZAR Y PARA ASEGURAR QUE LA FORMACIÓN DE VIRUTA ESTÉ DENTRO DEL CAMPO DE LA GEOMETRÍA DE CORTE. • DETERMINA EL ESPESOR DE LA VIRUTA Y LA PROPORCIÓN DE ROTURA DE LA MISMA.
PROFUNDIDAD DE CORTE ap (mm) : mitad de la diferencia entre el diámetro previo a mecanizar y el obtenido con la mecanización. • SE MIDE PERPENDICULARMENTE AL AVANCE DE LA HERRAMIENTA Y NO SOBRE EL FILO DE ESTA.
ÁNGULO DE POSICIÓN κ.: Angulo entre el filo de corte y la dirección de avance • PARÁMETRO IMPORTANTE DE CARA A LA VIDA DE LA HERRAMIENTA. NORMALMENTE [45, 90]º. EN COPIADO O PERFILADO, A MENUDO ES ÚTIL QUE SEA MAYOR A 90º. • PUEDE SELECCIONARSE DE FORMA QUE PERMITA MECANIZAR CON AVANCES EN VARIAS DIRECCIONES (VERSATILIDAD Y REDUCCIÓN CAMBIOS HERRAMIENTA). SECCIÓN DE VIRUTA. • ANCHO DE VIRUTA la: es la longitud efectiva del filo principal • ESPESOR DE VIRUTA h.: si el ángulo de posición es de 90º • PROFUNDIDAD DE CORTE = LONG FILO EFECTIVO = ANCHO DE VIRUTA. • ESPESOR DE VIRUTA = AVANCE POR REVOLUCIÓN.
TIPOS SUJECCIONES Modos de sujeción de las piezas en el torneado Modo 1: sujeción al aire La pieza se sujeta por uno de sus extremos
•
El mismo plato que la sujeta le transmite el movimiento de giro
•
Válido para piezas no esbeltas L/D < 3.
•
La pieza se representa como una viga simplemente empotrada
•
Modo 2: sujeción entre plato y punto La pieza se sujeta por uno de sus extremos y por •
el otro se encuentra apoyada en un punto El plato es quien transmite el movimiento de giro
•
Válido para piezas semi-esbeltas 3< L/D < 5
•
La pieza se representa como una viga empotrada y Apoyada
•
Modo 3: sujeción entre puntos La pieza se apoya en puntos de sus dos extremos •
El movimiento de arrastre se comunica por un punto intermedio (mordazas, uñas)
•
Válido para piezas esbeltas 5< L/D
•
La pieza se representa como una viga doblemente apoyada
•
TIPOS DE TORNOS
Torno paralelo Torno básico, económico
•
Pequeñas series
•
No pueden trabajar simultáneamente varias herramientas
•
Torno de copiar Reproduce una plantilla
•
Palpador + servomecanismos
•
Clasificación en función de los Servomecanismos
•
Torno revolver Semiautomático
•
Permite a varias herramientas trabajar simultáneamente
•
Grandes series
•
Torno vertical Eje de rotación vertical
•
Para piezas de gran diámetro y poca altura
•
Hasta 10m de diámetro FRESADO Con el nombre genérico de fresado se conoce al conjunto de operaciones de mecanizado que pueden efectuarse en la máquina-herramienta denominada fresadora. El fresado permite mecanizar superficies planas, ranuras, engranajes e incluso superficies curvas o alabeadas. Constituye, junto con el torneado, el grupo de operaciones mayoritariamente empleadas en el mecanizado.
El movimiento principal en el fresado es de rotación, y lo lleva la herramienta o fresa. Los movimientos de avance y penetración son generalmente rectilíneos, pudiendo llevarlos la herramienta o la pieza según el tipo de máquina-herramienta y la operación realizada. El fresado es una operación de corte interrumpido: los dientes de la fresa entran y salen del trabajo durante una revolución. La fuerza de corte y la potencia no son constantes. Los dientes sometidos a fuerzas de impacto y choque térmico en cada rotación. El material de la herramienta y la geometría del cortador deben diseñarse para soportar estas condiciones. La herramienta empleada (fresa) es multifilo. Cada filo trabaja intermitentemente. La sección de viruta es variable. • Ventajas del fresado: • Alta eficiencia del mecanizado. • Buen acabado superficial. • Precisión y flexibilidad en la producción de formas. •
MVTO FUNDAMENTAL DE CORTE:
- ROTATIVO - HERRAMIENTA •
MVTO FUNDAMENTAL DE AVANCE:
- RECTILÍNEO - PIEZA O HERRAMIENTA El motor de accionamiento suministra la potencia requerida para el mecanizado, cuyo valor puede oscilar desde 1 kW en las máquinas más pequeñas hasta 10 kW o incluso valores superiores en máquinas de mayor tamaño. Del motor de accionamiento parte la cadena cinemática de transmisión (correas, engranajes, ruedas de fricción, etc.) que permite la transmisión de la potencia al cabezal de la máquina-herramienta donde se genera el movimiento principal de rotación de la herramienta. Esta rotación se realiza alrededor del eje principal o husillo de la máquina, designado como eje Z. El eje X es horizontal y por tanto paralelo a la superficie de apoyo de la pieza, y el eje Y es perpendicular a los otros dos formando un triedro a derechas. La fresadora permite un desplazamiento relativo entre pieza y herramienta, paralelo al husillo, además de los desplazamientos contenidos en un plano perpendicular a dicho husillo. .La sujeción de la herramienta a la máquina suele realizarse mediante un eje portafresas.
Este eje posee un extremo cónico (cono ISO, cono Morse) que se acopla al husillo de la fresadora, y al que se unen las fresas empleando para ello medios de fijación estandarizados (pinzas, chavetas, etc.). En el extremo opuesto al cono del eje portafresas en fresadoras verticales, o en un plano paralelo a dicho eje, en el caso de fresadoras horizontales, se encuentra la mesa de apoyo donde se sujeta la pieza que va ser fresada. Esta mesa suele llevar incorporada la posibilidad de desplazamiento en un plano horizontal según la dirección de los ejes X y Z en las fresadoras horizontales y X e Y en las fresadoras verticales. El desplazamiento según la dirección del eje restante puede incorporarlo la propia mesa o bien el cabezal, dependiendo de la solución mecánica adoptada por el fabricante. Todos estos elementos son solidarios a una bancada que permite la fijación de la máquina-herramienta al suelo y proporciona rigidez estructural a cada uno de ellos. TIPOS DE FRESADO Existen diversas operaciones que pueden ser efectuadas en la fresadora De todas ellas, la operación más frecuente en la fresadora es la obtención de superficies planas en las piezas paralelas o perpendiculares al eje de rotación de la herramienta. Cuando la superficie plana obtenida es paralela al eje de rotación de la herramienta, el fresado se denomina fresado cilíndrico, periférico o tangencial. En el caso de una obtenerse una superficie perpendicular, el fresado se denomina fresado frontal. TIPOS DE FRESADO
Fresado frontal
Fresado periférico Avance axial
1. FRESADO FRONTAL •
Avance perpendicular al eje de giro
•
Profundidad de corte en dirección axial
•
Corte producido por los filos periféricos
•
Acabado superficial producido por los filos de la cara frontal
2. FRESADO PERIFÉRICO •
Avance perpendicular al eje de giro
•
Profundidad de corte en dirección radial
•
Corte producido por los filos periféricos
3. AVANCE AXIAL •
Avance y profundidad de corte en dirección axial
•
Corte producido por los filos de la cara frontal
•
Generalmente se taladra hasta una profundidad y luego se avanza radialmente
TIPOS DE FRESADO. PERIFERÍCO En función de los sentidos de las velocidades de corte de la herramienta y de avance de la pieza, el fresado periférico puede realizarse en dos formas, denominadas fresado en oposición y fresado en concordancia. En el fresado en oposición, los sentidos de ambas velocidades son opuestos, tal y como se indica en la figura. Por su parte en el fresado en concordancia los sentidos de ambas velocidades son coincidentes.
En el fresado en oposición, el crecimiento del espesor de viruta se produce de una forma más suave que en el fresado en concordancia. En éste último, el valor de espesor de viruta máximo se alcanza prácticamente en el inicio del corte por parte del filo, lo cual supone un impacto más brusco que origina mayores vibraciones en las guías de la máquina e incrementa la probabilidad de rotura del filo. Por otra parte el fresado en oposición tiende a "levantar" la pieza de su apoyo en la mesa, mientras que el fresado en concordancia tiende a reforzar dicho apoyo.
La elección de uno u otro procedimiento, dado que los resultados geométricos obtenidos son semejantes en ambos casos, depende de la operación concreta que se esté efectuando, y en particular del tipo de fijación y de la rigidez estructural de la máquinaherramienta empleada. En función de los sentidos de las velocidades de corte de la herramienta y de avance de la pieza, el fresado periférico puede realizarse en dos formas, denominadas fresado en oposición y fresado en concordancia. En el fresado en oposición, los sentidos de ambas velocidades son opuestos, Por su parte en el fresado en concordancia los sentidos de ambas velocidades son coincidentes. En el fresado en oposición, el crecimiento del espesor de viruta se produce de una forma más suave que en el fresado en concordancia. En éste último, el valor de espesor de viruta máximo se alcanza prácticamente en el inicio del corte por parte del filo, lo cual supone un impacto más brusco que origina mayores vibraciones en las guías de la máquina e incrementa la probabilidad de rotura del filo. Por otra parte el fresado en oposición tiende a "levantar" la pieza de su apoyo en la mesa, mientras que el fresado en concordancia tiende a reforzar dicho apoyo. La elección de uno u otro procedimiento, dado que los resultados geométricos obtenidos son semejantes en ambos casos, depende de la operación concreta que se esté efectuando, y en particular del tipo de fijación y de la rigidez estructural de la máquinaherramienta empleada FRESADO EN CONCORDANCIA – EN OPOSICIÓN Dependiendo del giro de la herramienta respecto a la pieza: FRESADO EN OPOSICIÓN Dirección de avance de la pieza opuesta a la de rotación de la fresa en el área de corte. El espesor de viruta comienza en cero e incrementa su espesor al final del corte. Fuerzas tienden a empujar pieza fuera de la mesa. FRESADO EN CONCORDANCIA. Dirección de avance de la pieza la misma que la de rotación de la fresa en el área de corte. El espesor de viruta va disminuyendo desde el comienzo de corte hasta el final del corte. Preferible cuando lo permitan la máquina herramienta, los amarres y la pieza de trabajo.
TAMAÑO DE LA PLAQUITA • SE RECOMIENDA QUE LA PROFUNDIDAD DE CORTE NO EXCEDA LAS 2/3 DE LA LONGITUD DE LA ARISTA DE CORTE. • EL TAMAÑO DE PLAQUITA MÁS HABITUAL ES DE 12 mm. • DIÁMETRO DE LA FRESA. • NORMALMENTE SE APLICA • EL DIÁMETRO DE LA FRESA DEBE GUARDAR LA RELACIÓN CORRECTA A LA POTENCIA DE ACCIONAMIENTO DISPONIBLE. • NO ES CONVENIENTE DISMINUIR EL AVANCE EN VEZ DEL DIÁMETRO DE LA FRESA PARA REDUCIR LA POTENCIA. • EL MECANIZADO MÁS ECONÓMICO SE OBTIENE SELECCIONANDO EL MAYOR DE LOS AVANCES RECOMENDADOS AL RESPECTO. • EN ALGUNOS CASOS PUEDE SER MÁS VENTAJOSO SELECCIONAR UNA FRESA DE MENOR DIÁMETRO Y CUBRIR EL ANCHO EN DOS PASADAS. • SE DEBE EVITAR QUE EL ANCHO DE FRESADO SEA IGUAL AL DIÁMETRO DE LA FRESA. • EL DIÁMETRO DE LA FRESA NO DEBE SOBREPASAR EL DOBLE DEL DIÁMETRO DEL HUSILLO. (TENDENCIA A VIBRACIONES).
PASO DE LA FRESA EL ESPESOR MÍNIMO DE LA VIRUTA DEBE SER SUPERIOR AL MÍNIMO Y POR
LO
MENOS
DOS
FILOS
DEBEN
ESTAR
CORTANDO
SIMULTÁNEAMENTE. ADEMÁS, EL ESPACIO ENTRE DIENTES DEBE SER SUFICIENTE PARA PERMITIR EL ALOJAMIENTO DE LA VIRUTA PRODUCIDA.
PASO GRANDE: • PARA PASADAS PROFUNDAS EN PIEZAS GRANDES. • PARA DESBASTES Y ACABADOS DE ACERO.
PASO NORMAL: • PARA MECANIZADO EN GENERAL, CUANDO LA POTENCIA DE LA MÁQUINA NO LIMITA EL AVANCE DE LA PLAQUITA.
• PARA FRESADO DE SUPERFICIES ESTRECHAS, EN EL CUAL ES CONVENIENTE QUE HAYA MAS DE UN DIENTE EN CORTE.
PASO REDUCIDO: • MECANIZADO DE FUNDICIÓN CON GRANDES AVANCES Y EN PIEZAS CON SUJECIÓN DÉBIL CON RIESGO DE VIBRACIÓN. • GENERAN BUENOS ACABADOS SUPERFICIALES.
POSICIONAMIENTO DE LA FRESA EN EL FRESADO FRONTAL: El contacto inicial entre el filo de corte y la pieza puede ser muy desfavorable según la Posición de la fresa con respecto a la pieza.
TIPOS DE FRESADO. FRONTAL 1. VELOCIDAD DEL HUSILLO n (rpm): velocidad angular de la herramienta de fresado en el husillo. 2. VELOCIDAD DE CORTE vc (m/min): velocidad periférica con la que los filos de corte mecanizan la pieza V c= π D n (m /min) ⋅
⋅
1000 3. VELOCIDAD DE AVANCE vf (mm/min): distancia recorrida por la herramienta contra la pieza por unidad de tiempo. 4. AVANCE POR REVOLUCIÓN f (mm/rev): distancia que se mueve la herramienta durante una rotación. 5. AVANCE POR DIENTE fz (mm/diente): distancia que recorre la herramienta mientras un diente en concreto está implicado en el corte. • Es un valor clave para determinar la calidad de la superficie en una operación de planeado.
SUJECIÓN DE LAS PIEZAS Modo 1: sujeción con mordazas o tornillos de máquina La pieza se sujeta por presión
•
Accionamiento mecánico, neumático o hidráulico
•
Tipología en función de los grados de libertad:
•
-Mordaza sencilla -Mordaza giratoria -Mordaza universal
Modo 2: sujeción con platos divisores El plato permite sujetar la pieza y tiene posibilidad de giro
•
Permite trabajar con distintas orientaciones
•
Permite procesos de torno-fresado
•
Sujeción de pieza similar a la del torneado:
•
-Al aire -Entre plato y punto -Entre puntos Objetivos:
· Inmovilización correcta de la pieza · Accesibilidad de las zonas a mecanizar · Capacidad para absorber los esfuerzos del mecanizado · Protección contra deformaciones para la pieza · Tiempos de amarre y desamarre cortos
Modo 3: sujeción directa sobre la mesa
Empleado para piezas grandes
•
La pieza se fija mediante el uso de bridas, tornillos, calzos, cuñas, etc.
•
Importante direccionar adecuadamente los esfuerzos
•
Modo 4: sistemas de sujeción modulares Basados en una placa base con agujeros o ranuras
•
Los elementos de sujeción (bridas, posicionadores, etc. están estandarizados)
•
Sistema flexible, adaptable a multitud de piezas
•
Debido a la estandarización, son configurables por CAD OPERACIONES DE FRESADO 1. Planeado 2. Planeado en escuadra 3. Escuadrado 4. Ranurado 5. Canteado 6. Alojamientos o vaciados 7. Copiados 8. Ranuras y cortes 9. Chaflanes
