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NOTAS DE TECNOLOGA MECNICA

NOTAS DE TECNOLOGA MECNICA

NOTAS DE TECNOLOGA MECNICA

JAVIER MELERO

11 TOLERANCIAS DE FABRICACIN4

1.1 Introduccin.4

1.2 Tolerancias de fabricacin4

1.3 Tolerancias dimensionales.5

1.4 Tolerancias geomtricas.9

1.5 Tolerancias generales.9

1.6 Irregularidades de superficie. (Rugosidades: (ISO) "Ra").9

22 CONFORMADO DE METALES POR ELIMINACIN DE MATERIAL.28

2.1 Mquinas-herramienta y procesos de mecanizado28

2.1.1 Introduccin28

2.1.2 Conformado de metales por arranque de viruta28

2.1.2.1 Fabricacin de formas redondeadas o de revolucin28

2.1.2.2 Fabricacin de formas diversas.42

2.1.2.3 Operaciones de acabado50

2.1.2.4 Mquinas herramientas no convencionales60

33 MECNICA DEL CORTE DE METALES71

3.1. Modelo de corte ortogonal71

3.2. Friccin en las operaciones de mecanizado.73

3.3.- Temperaturas en el corte de metales.75

3.4.- Desgaste de herramientas.80

3.5.- Fluidos de corte y acabados superficiales.81

3.6.- Control de la viruta.82

3.7.- Vibraciones en las mquinas herramienta.83

44 CONFORMADO DE METALES POR FUNDICIN89

4.1. Generalidades.89

4.2. Procedimientos para la obtencin de piezas fundidas.91

4.3. Otros procedimientos:110

4.4. Defectos de las fundiciones.113

4.5. Anlisis comparativo.114

4.6. Consideraciones de diseo.115

55 PROCESOS DE FABRICACIN MEDIANTE DEFORMACIN DE MATERIALES METLICOS119

5.1. Introduccin al conformado por deformacin plstica.119

5.10. Extrusin.137

5.11. Laminado.139

5.2. Deformacin plstica; planteamientos.120

5.3. Diagrama tensin-deformacin.120

5.4. Criterios de fluencia en plasticidad.125

5.5. Determinacin de las cargas de trabajo considerando la pieza y la distribucin de tensiones.128

5.6. Restricciones de rozamiento.129

5.7. Componentes del trabajo para llevar a cabo la deformacin plstica de un material.131

5.8. Matricera.133

5.9. Estirado.136

66 AUTOMATIZACIN DE LAS MQUINAS HERRAMIENTA141

6.1 Introduccin.141

6.2 Arquitectura de las mquinas herramienta141

6.2.1 Elementos principales141

6.2.2 Accionamientos142

6.2.3 Captadores de posicin143

6.2.4 Alternativas a las arquitecturas convencionales144

6.3 Automatizacin de las mquinas herramienta145

6.3.1 Controles de posicin de herramienta.147

6.3.2 Controles de velocidades de giro152

6.3.3 Control de secuencias de mecanizado (refrigerante, pallets, herramientas)152

6.4 Programacin de las mquinas herramienta con control numrico154

6.5 Clulas flexibles de mecanizado.156

6.6. Mquinas de medicin tridimensional.157

CAPTULO 1 TOLERANCIAS DE FABRICACIN E "1 \TOLERANCIAS DE FABRICACIN\" 1.1 Introduccin. E "1.1 Introduccin." En el presente captulo, se analizar el modo en que deben de ser especificadas, e interpretadas las tolerancias de fabricacin. stas tienen una importancia vital en el ciclo de diseo - fabricacin (ver esquema), ya que los criterios de eleccin de las tolerancias afectan a la viabilidad econmica del producto. Ello quiere decir que un aumento en las exigencias (estrechamientos de lmites de tolerancia) de diseo, por encima de lo que su funcionalidad aconseje necesario y suficiente, repercute de manera decisiva en el precio final del elemento mecnico resultante.

1.2 Tolerancias de fabricacin E "1.2 Tolerancias de fabricacin" Imprecisin de mecanizado admisible, diferencia entre las dimensiones lmites de una cota sin comprometer la funcionalidad de la pieza dentro del conjunto de que forma parte.

1.2.1 Su necesidad.

Intercambiabilidad de piezas. Tericamente sera necesario que elementos homlogos tuviesen las mismas dimensiones; pero ello no resulta posible, bien debido a los procesos de fabricacin, o bien debido a los procesos de control. Es necesario admitir que para que dos piezas sean intercambiables, sus dimensiones deben quedar comprendidas entre valores lmite, mximo y mnimo. Estos son establecidos de acuerdo con el uso del conjunto mecnico de que forman parte las piezas, y del grado de precisin requerido.1.2.2 Tipos.

Dimensionales: Rango admisible para una dimensin dada.

Geomtricas: Relacionan unas partes de la pieza con otras, o definen caractersticas geomtricas, se diferencian dos tipos:

De forma.

De posicin.

1.3 Tolerancias dimensionales. E "1.3 Tolerancias dimensionales." De aqu en adelante, se convendr que las dimensiones asignadas a taladros o agujeros, ser representadas mediante letras maysculas; en tanto que las relativas a ejes o rboles lo sern en letras minsculas. As, si tenemos un taladro con dimetro nominal D, y un eje con dimetro nominal d; las desviaciones superior e inferior que limitan su campo de tolerancia (imprecisin admisible, que no compromete la funcionalidad de la pieza) vienen dadas por:

DESVIACIONES

SUPERIORINFERIOR

TALADRO

Es (Lmite superior del margen de tolerancia) = Dmax-DEJE

es (Lmite superior del margen de tolerancia) = dmax-dTALADRO

Ei (Lmite inferior del margen de tolerancia) = Dmin-DEJE

Ei (Lmite inferior del margen de tolerancia) = dmin-d

TALADROS: Es-Ei = IT

EJES: es-ei = IT

Nota: Los valores de Ei, Es, ei, es, se miden desde la lnea de referencia.

1.3.1 Acoplamientos.

Es la unin de piezas; una interior y otra exterior. En la figura 1 se tienen dos acoplamientos tipo uno con juego, y otro con apriete.

1.3.2 Calidades para dimensiones de hasta 500 mm.1.3.2.1 Grupos de dimensiones.

Las dimensiones nominales comprendidas entre 0 y 500 mm se subdividen en 13 grupos principales y 22 intermedios. Los principales son: 1-3; 3-6; 6-10; 10-18; 18-30; 30-50; 50-80; 80-120; 120-180; 180-250; 250-315; 315-400; 400-500. 1.3.2.2 Calidades.

El sistema ISO adopta para la medicin de tolerancias en el campo de dimensiones comprendido entre 1 y 500 mm la unidad internacional de tolerancia.

i (micras) = 0.45.

+ 0.001.D (mm)

El valor de i viene determinado para cada grupo de dimensiones, siendo D el valor de la media geomtrica de los valores extremos de cada grupo de los relacionados en 3.2.1.Para cada grupo de dimensiones, se establecen 19 calidades de elaboracin: IT01 (ms precisa), IT0, IT1......IT17 (ms basta). La siguiente tabla indica cual es el valor IT ( diferencia entre lmites superior e inferior admisibles) para cada una de las calidades; y el tipo de aplicacin asociado a cada una de ellas.CALIDADAMPLITUD (n de unidades de tolerancia) UTILIZACIN

IT010.3+0.008Dmecnica

IT00.5+0.012Dde

IT10.8+0.020Dprecisin

IT2Escalonadascalibres

IT3en prog. GeomtricaHerradura (ejes)

IT4entre IT1 e IT5Tampn (agujero)

IT57ipasa, no pasa

IT610i

IT716ipiezas

IT825ipara

IT940iacoplamientos

IT1064i

IT11100i

IT12160i

IT13250i

IT14400ipiezas

IT15640isueltas

IT161000i

IT171600i

1.3.3 Sintaxis de las tolerancias dimensionales.

La tolerancia correspondiente a una dimensin dada, se indica con una letra seguida de un nmero; la letra indica la posicin de la zona de tolerancia (tipo de acoplamiento) en relacin a la lnea de referencia y el nmero indica la calidad de la elaboracin.

DIMENSIN LETRA ( indica tipo de acoplamiento) NMERO ( indica calidad)

Los acoplamientos, pueden clasificarse en tres tipos fundamentales:

mviles: con juego.

fijos: con aprieto (montaje en prensa, dilatacin - contraccin, etc.).

indeterminados: con juego o apriete.Las letras utilizadas para indicar la posicin de una tolerancia son las siguientes (ver figura 1):

TALADROS:

Los mrgenes para taladros desde la A hasta la G se encuentran por encima de la lnea de referencia.

Los mrgenes para taladros desde la P hasta la Z se encuentran por debajo de la lnea de referencia.

El margen para taladros con H se encuentran por encima de la lnea de referencia, pero siendo su extremo inferior la propia lnea de referencia.

El margen para taladros con J es dividido en dos mitades iguales por la lnea de referencia.

EJES:

Los mrgenes para ejes desde la a hasta la g se encuentran por debajo de la lnea de referencia.

Los mrgenes para ejes desde la p hasta la z se encuentran por encima de la lnea de referencia.

El margen para taladros con h se encuentran por debajo de la lnea de referencia, pero siendo su extremo superior la propia lnea de referencia.

El margen para ejes con j es dividido en dos mitades iguales por la lnea de referencia.

Las posiciones de los mrgenes (dadas por los valores de Ei, Es, ei, es) con relacin a la lnea de referencia estn tabuladas (ver apndices).

1.3.4 Series de acoplamientos.

Se toma como referencia uno de los dos elementos, el taladro o el eje, con posicin de tolerancia fija. Variando la posicin de la tolerancia del otro, se conseguira el acoplamiento requerido.1.3.4.1 Eje base.

Se parte de eje h, con lo que la lnea de referencia es el lmite superior del margen. entonces:

Los taladros desde A al H dan acoplamientos mviles.

Los taladros desde J al N dan acoplamientos indeterminados.

Los taladros desde P al Z dan acoplamientos fijos.

1.3.4.2 Taladro base.

Se parte de taladro H, con lo que la lnea de referencia es el lmite inferior del margen. entonces:

Los ejes desde a al h dan acoplamientos mviles.

Los ejes desde j al n dan acoplamientos indeterminados.

Los ejes desde p al z dan acoplamientos fijos.

MVILESINDETERMINADOSFIJOS

Juegojuego o aprieteapriete

TAL. BASE: A ( H

eje base: a ( h

TAL. BASE: J ( N

eje base: j ( n TAL. BASE: P ( Z

Eje base: p ( z

1.3.4.3 Eleccin del sistema.

Depende de consideraciones econmicas relacionadas con el tipo de fabricacin que se lleva a cabo. As, con taladro base el utillaje es menos costoso (se trabajan exteriores, los ejes son los diferentes en cada caso), pero los elementos de medida para controlar los ejes (calibres de herradura) son mucho ms caros.

1.3.5 Calidad del elemento base.

Es comn designar la calidad de fabricacin, con la letra correspondiente al elemento base con que se fabrica, seguida del nmero indicativo de la anchura del margen de tolerancia. As si se utiliza taladro base; diremos que se fabrica con mucha precisin si se trabaja al H6, con precisin si se trabaja al H7, con precisin media si se hace al H8; y precisin basta si se trabaja con H11 (Anlogamente para eje base).

1.3.6 Acoplamientos recomendados.

Acopla.AplicacionesMontaje

H5-g5Partes giratorias de mucha precisin.Mano.

H6-h5Deslizable axialmente.Deslizamiento a mano.

H6-p5Acoplamiento blocado. No desmontable.Mazo, Prensa, o diferencia de temperaturas.

H7-f6Acoplamiento giratorio.Mano.

H6-n6Acoplamiento blocado.Mazo, Pequea prensa, o diferencia de temperaturas.

H8-h8Deslizable axialmente, lubricado.Mano

M6-h6Piezas fijas, desmontables sin precisin.Mazo, Pequea prensa, o diferencia de temperaturas.

H6-h6rganos lubricados y deslizables (pocos ciclos)Mano.

N7-h7Partes fijas.Mazo, Pequea prensa, o diferencia de temperaturas.

F8-h7Partes mviles.Mano.

D10-h8Gran juego.Mano.

H13-h11Montaje a mano, juego limitado.Mano.

1.3.7 Calidades para dimensiones superiores a 500 mm.Las dimensiones superiores a 500 mm y hasta 3150 mm se subdividen en 8 grupos principales (500-630, 630-800, 800-1000, 1000-1250, 1250-1600, 1600-2000, 2000-2500, 2500-3150) y 16 intermedios. Se prevn 11 calidades desde IT6 (ms precisa), hasta IT16 (ms basta). Para cada calidad de elaboracin se establece la unidad de tolerancia:

I (micras) = 0.004D (mm) + 2.1

Tenindose:

IT6IT7IT8IT9IT10IT11IT12IT13IT14IT15IT16

10I16I25I40I64I100I160I250I400I640I1000I

1.4 Tolerancias geomtricas. E "1.4 Tolerancias geomtricas." Las superficies mecanizadas difieren de las formas geomtricas deseadas, debido al proceso de fabricacin. En ello influye el estado de las mquinas, utillajes y herramientas utilizadas. Por ello debe admitirse, al igual que en el caso de las tolerancias dimensionales, un determinado margen dentro del cual la pieza ser admisible. Dentro de las tolerancias geomtricas se pueden distinguir tolerancias de dos tipos:

Las de forma; que reflejan la variacin de forma admisible, y que pueden estar referidas bien a elementos aislados de las piezas, o bien asociar distintos elementos de las mismas.

Las de posicin; que relacionas posiciones de distintos elementos. (p.e. ubicacin de taladros).El comit ISO/TC10, en Technical Report ISO/TR 5460 recoge los smbolos a emplear en los dibujos con el fin de poder interpretar las tolerancias geomtricas. En el anexo, se recogen los smbolos utilizados que tambin pueden consultarse en el boletn tcnico ISO correspondiente.

1.5 Tolerancias generales. E "1.5 Tolerancias generales." En los dibujos de algunas piezas mecnicas, puede comprobarse que no todas las dimensiones y formas vienen afectadas de una indicacin al respecto de su tolerancia. Esto no debe ser interpretado como una ausencia de las mismas, ha de buscarse entonces en el propio plano una anotacin que haga referencia a la norma a la cual estn sujetas las tolerancias de tales medidas. Esta norma puede ser interna de una compaa especfica, o hacer referencia a una norma estandarizada. La norma espaola que recoge las tolerancias de forma es la UNE EN22768-1 (tolerancias para dimensiones lneales y angulares) y la UNE EN22768-2 (tolerancias para cotas geomtricas). Ambas basadas respectivamente en las normas ISO 2768-1 e ISO 2768-2. En la primera, tanto las dimensiones lneales como las angulares se encuadran dentro de cuatro categoras: fina (f), media (m), grosera (c), y muy grosera (v). En la segunda (tolerancias geomtricas), se distinguen tres clase de tolerancias H (ms fina), K, y L. 1.6 Irregularidades de superficie. (Rugosidades: (ISO) "Ra"). E "1.6 Irregularidades de superficie. (Rugosidades\: (ISO) \"Ra\")." El perfil de una superficie, puede variar desde irregularidades microgeomtricas (rugosidades) provocadas por las herramientas, hasta las macrogeomtricas debidas a las vibraciones. Las rugosidades se pueden medir, a lo largo de una longitud prefijada, mediante diversos mtodos, dos de ellos son:

Media geomtrica cuadrtica (raz cuadrada del valor medio de los cuadrados, RMS) de las alturas y profundidades respecto de la lnea media.

Media aritmtica de las alturas y profundidades respecto de la lnea media.

La Organizacin Internacional de Normalizacin (ISO), ha adoptado el valor Ra (Media aritmtica) definido por:

El valor mximo de las rugosidades obtenidas en diferentes puntos de la superficie, es el grado de rugosidad; que ha sido normalizado para los siguientes valores:SERIES PREFERENTES: 0.025; 0.050; 0.1; 0.2; 0.4; 0.8; 1.6; 3.2; 6.3; 12.5;...

Cuando se prescriba que una superficie debe de tener un grado de rugosidad, debe entenderse que la medida de la rugosidad en cualquier punto de la superficie no debe ser mayor que el valor de Ra prescrito.

LONGITUD A MEDIR:

RaLongitud mnima de medicin l (mm)

(Serie PreferenteSerie unificada

--0.08

0 a 0.320.250.25

0.32 a 3.20.80.8

3.2 a 12.52.52.5

--8

--25

SINTAXIS: OTROS PARMETROS:

- Rz: Altura de las irregularidades en 10 puntos.

- Ry: Altura mxima del perfil.

- Sm: Paso medio de las irregularidades del perfil.

- S: Paso medio de las crestas locales del perfil.

ANEXOS CAPTULO 1

TOLERANCIAS DIMENSIONALES

TOLERANCIAS GEOMTRICAS

CAPTULO 2 CONFORMADO DE METALES POR ELIMINACIN DE MATERIAL. E "2 \CONFORMADO DE METALES POR ELIMINACIN DE MATERIAL\." 2.1 Mquinas-herramienta y procesos de mecanizado E "2.1 Mquinas-herramienta y procesos de mecanizado" Estudio de las mquinas (convencionales y de control numrico), herramientas y elementos de verificacin y control; desde el punto de vista del tipo de pieza a fabricar.

2.1.1 Introduccin E "2.1.1 Introduccin" Las mquinas-herramienta, son utilizadas para conformar materiales slidos, muy particularmente metlicos, mediante eliminacin de material o cambio de forma del mismo. Suelen estar instaladas en un emplazamiento fijo, y poseen los rganos mviles y de potencia adecuados a los fines para los que ha sido construida.

Las mquinas herramientas se pueden clasificar en tres categoras:

1. Mquinas de conformado de metales por arranque de viruta.

2. Mquinas para conformado de metales, mediante empleo de energas lumnica, elctrica, qumica o snica; gases supercalentados o haces de partculas de alta energa.

3. Mquinas para conformado sin arranque de viruta (prensado).

Este tema est dedicado a las mquinas que pueden incluirse en los apartados primero y segundo. Las mquinas utilizadas en el conformado de metales sin remocin de viruta sern objeto de un anlisis ms detallado en el captulo correspondiente a elementos de plasticidad.

2.1.2 Conformado de metales por arranque de viruta E "2.1.2 Conformado de metales por arranque de viruta"

2.1.2.1 Fabricacin de formas redondeadas o de revolucin E "2.1.2.1 Fabricacin de formas redondeadas o de revolucin" Las principales operaciones de mecanizado para la obtencin de este tipo de formas, son las siguientes:

1. Torneado

2. Taladrado

3. Avellanado

4. Escariado

5. Mandrinado

6. Barrenado

2.1.2.1.1 Torneado

figura 1Se entiende por torneado la operacin de mecanizado utilizada en la obtencin de formas de revolucin. Se caracteriza por el hecho de que es la pieza a realizar la que gira mientras que una, o varias actuando independientemente, herramientas de corte monofilo se desplazan describiendo la trayectoria de la lnea generatriz (movimiento longitudinal paralelo al eje de la pieza, y movimiento transversal variando convenientemente su distancia a dicho eje) correspondiente a la forma deseada.

2.1.2.1.1.1 Factores a tener en cuenta en el torneado

Los principales factores que afectan a las operaciones de torneado son los siguientes:

1. La velocidad de rotacin de la pieza, que se relaciona directamente con la velocidad de corte del material; Vcorte = Distancia al eje de la pieza en cada instante x Velocidad de rotacin.

2. El avance de la herramienta. Es la velocidad con que la herramienta recorre la trayectoria deseada. Normalmente se expresa en mm de avance por cada vuelta dada por la pieza.

3. La profundidad de corte. Es el espesor de la capa de metal removido, o mirado de otra manera la distancia entre la superficie original de la pieza y la superficie final despus de cada pasada de herramienta.

4. Tipo de material a mecanizar.

5. Tipo de herramienta a utilizar.

6. Esfuerzo de corte; F = profundidad de corte avance presin de corte (especfica de cada material).

7. Potencia de corte; P = F velocidad de corte / Rendimiento (()

La velocidad de corte y el avance, determinan la calidad de la superficie final, los requerimientos de potencia a la mquina a emplear, y la velocidad con la que se ejecutan las piezas. Y en su eleccin intervienen las peculiaridades del material de la herramienta, la rigidez del material que se mecaniza y el tamao y caractersticas del torno empleado. Los valores de las velocidades de corte, velocidades de avance de herramienta y profundidades de corte para recorridos de herramienta en desbaste de material, son lgicamente superiores a los realizados en recorridos de afino o acabado.

tabla 1: velocidades de corte

Nota: Estas velocidades son para herramientas de carburo y cermicas. Las velocidades para herramientas de acero rpido son menores que las indicadas. Los rangos altos, son para carburos revestidos y cermets. Para el diamante los rangos son ms altos. Profundidades (0,5 (12 mm); Avances de herramienta (0,15 (1 mm/rev).2.1.2.1.1.2 Principales operaciones de torneado

2.1.2.1.1.2.1 Cilindrado

Movimiento longitudinal de la herramienta en direccin paralela a la del eje de la pieza.

figura 22.1.2.1.1.2.2 RefrentadoMovimiento transversal de la herramienta en direccin perpendicular a la del eje de la pieza, para eliminar material de alguna de sus secciones extremas. La velocidad de corte viene determinada por el mayor dimetro de la superficie a mecanizar. La punta de la herramienta debe de ser posicionada exactamente a la altura del centro de rotacin, en caso contrario las fuerzas de corte actuaran en modo adverso. La penetracin de corte viene dada, en cada caso, por la dureza de la superficie a mecanizar con el fin de evitar el desgaste de la herramienta.

figura 32.1.2.1.1.2.3 TronzadoMovimiento transversal de la herramienta en direccin perpendicular a la del eje de la pieza, para eliminar material de alguna de sus secciones intermedias. Al igual que en caso anterior, la punta de la herramienta debe de ser posicionada exactamente a la altura del centro de rotacin.

figura 4

2.1.2.1.1.2.4 Barrenado

Consiste en el agrandamiento de un agujero ya existente, que previamente haba sido mecanizado por taladrado, o que exista en la pieza procedente de fundicin. El barrenado debe corregir cualquier excentricidad, con respecto al eje de la pieza, que pudiera previamente tener al agujero. El desplazamiento longitudinal de la herramienta es paralelo al eje de la pieza y se produce por la cara interna de sta.

figura 52.1.2.1.1.2.5 Contorneado

Consiste en generar superficies de revolucin cuya generatriz es el contorno obtenido mediante el desplazamiento longitudinal y transversal de la herramienta simultneamente.

figura 62.1.2.1.1.2.6 Otras operaciones de torneado

1. Torneado con herramienta de forma

2. Ranurado, de la superficie frontal.

3. Moleteado. Marcado o estriado de la superficie de revolucin de una pieza, mediante presin con una herramienta giratoria cuya superficie contiene la forma a marcar.

tabla 22.1.2.1.1.3 Herramientas de torneado.

figura 7; A, B, y C (Cilindrado); E (Roscado); G (Tronzado); D y F (Refrentado).La geometra de las herramientas de corte para el torneado depende fundamentalmente del material con que se construyan y del material de la pieza a trabajar. La terminologa ms utilizada es la que se presenta en la siguiente figura.

figura 8El ngulo de inclinacin, afecta a la manera en que se produce la viruta, puede ser positivo (figura) o negativo. Si es positivo reduce las fuerzas de corte, resultando una menor deflexin de la pieza y utillaje porta-herramientas. Los ngulos negativos suelen emplearse en desbastes. Cuando el ngulo de desprendimiento aumenta, disminuye el esfuerzo de corte y la temperatura que se genera en la operacin de mecanizado. El ngulo de posicin influye decisivamente en la presin que ejerce la herramienta sobre la pieza. El ngulo de la punta suele ser generalmente recto. La herramienta de corte en torno, se compone de dos partes principales; una de ellas, el mango, es mediante la que deben ser transmitidos los esfuerzos al carro porta-herramientas, por lo que debe tener cierta elasticidad. La parte de corte debe de ser lo suficientemente dura como para soportar el desgaste asociado a la operacin de mecanizado. sta ltima puede ser independiente del mango, se trata de plaquitas removibles de metal duro, cermicas, etc.; que presentan en el mercado una amplia variedad de formas.

ACERO RPIDOPLAQUITAS DE METAL DURO

MATERIALngulo de inclinacinngulo de desprend.ngulo de incidenciangulo de posicinngulo de inclinacinngulo de desprend.ngulo de incidenciangulo de posicin

Aleaciones de Al y Mg201510505515

Aleaciones de Cu5108505515

Aceros1012515-5-5515

Aceros inoxidables58-10515-5-0-5-5515

Aleaciones de alta temp.01051550545

Aleaciones refractarias0205500515

Aleaciones de Titanio05515-5-555

Hierro fundido510515-5-5515

Termoplsticos0015-20100015-2010

Termoendurecibles0015-2010015515

Dado que los procesos de corte de metales entraan altos esfuerzos locales, fricciones, y una considerable generacin de calor, las herramientas de corte deben de poseer una combinacin de cualidades que las hagan aptas para soportar tales entornos. Estos requisitos se encuentran reflejados, en proporciones variables, en los diversos materiales usados en el corte de metales. As se tienen: Aceros al carbono (conteniendo del 1 al 1,2 % de carbono); Aceros rpidos (aleaciones de hierro conteniendo tungsteno, cromo, vanadio, y carbono en diferentes proporciones), carburo de tungsteno, diamante, y carburos cermicos (ms recientes).

figura 9; Anlisis comparativo de distintos materiales para plaquitas removibles.

figura 10; Dureza y resistencia al desgaste versus resistencia mecnica en los materiales para herramientas. 2.1.2.1.1.4 Mquinas de tornear

Las mquinas de tornear se denominan "Tornos". Existen diferentes clasificaciones para encuadrar los distintos tipos de tornos.

1. Segn el nmero de herramientas instaladas en su carro porta-herramientas: mono-herramienta, multi-herramienta, revolver.

2. Segn la orientacin del eje de giro: horizontales y verticales.

3. Segn la disposicin de las sujeciones de la pieza de trabajo: entre puntos, al aire.

4. Segn el grado de automatizacin con el que se desarrolla la operacin de mecanizado: con alimentador de barra, semiautomtico (para decoletaje), control numrico, de control numrico con cabezales motorizados. Copiado con mando por transmisin hidrulica o elctrica. (muchos incluyen elementos para la recogida automtica de viruta y elementos para circulacin de refrigerantes).

5. Segn las dimensiones mximas de las piezas a fabricar, dimetro (desde centmetros hasta ms de un metro) y longitud entre centros (hasta varios metros).

2.1.2.1.2 Taladrado

figura 11

Consiste en mecanizar un agujero en una pieza donde antes no lo haba, o bien en agrandar uno ya existente (barrenado). En este caso la pieza permanece inmvil y convenientemente embridada a una mesa, mientras que la herramienta incide sobre ella girando alrededor del eje del agujero a mecanizar.

2.1.2.1.2.1 Factores a tener en cuenta en el taladrado

Los factores esenciales a tener en cuenta en las operaciones de taladrado son:

1. La velocidad de corte (v), que es igual a la velocidad perifrica en m/min (generalmente), dependiendo del material de la pieza y de la broca, del avance y de la profundidad del agujero (l).

2. Avance por revolucin (s), en mm/rev, dependiente del material de la pieza y de la broca, as como de su dimetro (d) en mm.

3. Tiempo de taladrado: . minutos

4. Fuerzas de corte, momento de torsin necesario, y la potencia absorbida por el taladro. La fuerza que ejerce un taladro, por cada uno de sus filos de corte, sobre el material, se puede descomponer en:

a) Una componente radial perpendicular al filo de corte: Fuerza radial (FR/n); con n siendo el nmero de filos de corte principales.

b) Otra componente perpendicular a la anterior: Fuerza de corte (FC/n); situada en un plano perpendicular al de la direccin de taladrado.

Ambas actan en el centro del filo de corte principal considerado.

figura 12; caso particular n = 2Ambas fuerzas vienen dadas por las siguientes expresiones:

FC/2 = k1 (presin de corte) (ad / 4)

FR/2 = k2 (presin de corte) (ad / 4)

El momento de torsin es: M = FC d/4.

Y la potencia consumida: P = FC velocidad de corte.

2.1.2.1.2.2 Operaciones de taladrado

Mecanizado de agujeros nuevos y agrandado de otros ya existentes (barrenado).

2.1.2.1.2.3 Herramientas para taladrado

El taladro puede ser definido como una herramienta rotativa de corte, que puede tener uno o ms filos de corte, y una o ms ranuras (helicoidales o rectas) para la evacuacin de virutas.

figura 13

Los elementos que caracterizan esta herramienta son: el ngulo de la punta, el ngulo que forman el filo principal y la perpendicular al eje de la herramienta (entre 12 y 18 usualmente), y el ngulo del filo transversal. El valor del primero oscila entre 80 para taladrar madera o plstico y materiales moldeados por presin, 118 para aleaciones de broce y aceros suaves, 130 para aleaciones de aluminio, y los 140 para taladrar aceros especiales. As mismo el ngulo de la hlice vara entre 12 y 40 en funcin del tipo de material a taladrar. El nmero de filos secundarios depende del desgaste previsto en las operaciones de taladrado, y del tipo de operacin.

figura 142.1.2.1.2.4 Mquinas para taladrado

2.1.2.1.2.4.1 Taladradoras.

Se clasifican por tamao y posicin del taladrado (horizontal o de columna verticales), portabilidad (desde pequeos taladros de sobremesa, hasta grande taladradoras radiales), nmero de husillos y grado de automatizacin de la operacin que desarrollan.2.1.2.1.2.4.2 Punteadoras.

Son mquinas que pueden taladrar con gran precisin, aunque tambin pueden llevar a cabo operaciones de mandrinado y fresado.

2.1.2.1.2.4.3 Tornos.

Un torno puede tambin ser usado con el fin de realizar taladros con centro en el eje de una pieza cilndrica. Aqu la particularidad radica en el hecho de que es la herramienta la que permanece fija mientras que gira la pieza.

2.1.2.1.3 Avellanado

Es una operacin de mecanizado consistente en producir agrandamientos de agujeros en uno de sus extremos con seccin cnica.

figura 152.1.2.1.4 Escariado

Operacin de mecanizado llevada a cabo con una herramienta del tipo de la de la figura, con el fin dar acabado adecuado (medida final) a agujeros previamente taladrados o barrenados. Los filos de corte estn orientados paralelamente al eje de giro de la herramienta. La operacin puede ejecutarse en mquinas de taladrar o bien en cetros de mecanizado.

figura 162.1.2.1.5 Mandrinado

Es una operacin de mecanizado que se ejecuta con herramientas monofilo. El procedimiento es similar al de la ejecucin de una operacin de torneado, pero con la particularidad de que aqu lo que gira no es la pieza sino la herramienta. Sirve para, por ejemplo mecanizar camisas de cilindros en su parte interna, y se lleva a cabo en mquinas de mandrinar o bien en centros de mecanizado.

figura 17

2.1.2.1.6 Roscado

Operacin de mecanizado consistente en producir roscas con el perfil adecuado, tanto en pernos (roscados exteriores), como en agujeros (roscados interiores) previamente mecanizados. Las roscas se emplean en elementos de fijacin o unin de piezas, y en elementos aptos para la transmisin del movimiento (husillos roscados, tornillos sin fin).

Los tipos de roscas normalizadas ms importantes, son:

La rosca puntiaguda o triangular (fina, media o basta, en funcin del paso) .

Rosca mtrica (ngulo de flanco = 60).

Rosca Whitworth (ngulo de flanco = 55) normal o para tubos.

Rosca trapecial.

Rosca de sierra.

Rosca redondeada.

2.1.2.1.6.1 Operaciones de roscado

2.1.2.1.6.1.1 Roscado de pernos

El roscado se lleva a cabo sobre piezas cilndricas previamente mecanizadas al dimetro adecuado a la consecucin de la rosca requerida. Los parmetros que gobiernan el roscado de pernos son: el tipo de rosca, dimetro de la rosca y del ncleo, y el paso de rosca y el perfil geomtrico de cada hilo de rosca en funcin del paso.

2.1.2.1.6.1.1 Roscado de agujeros

Se lleva a cabo sobre superficies cilndricas interiores ya existentes en las piezas objeto de roscado, la geometra de cada uno de los hilos de rosca es tambin funcin del paso de la rosca macho correspondiente para cada tipo de rosca estandarizada.

2.1.2.1.6.2 Procedimientos y mquinas para llevar a cabo roscados.

2.1.2.1.6.2.1 Tallado.

Consecucin de la rosca a partir de un perno o agujero preexistente mediante remocin de viruta.

2.1.2.1.6.2.1.1 Tallado de roscas con macho de roscar

Se emplea fundamentalmente para roscas interiores de calidad con perfil triangular para sujecin de piezas. Es una herramienta cilndrica que reproduce el perfil de la rosca de modo discontinuo, para evacuacin de virutas, usualmente en tres tramos que pueden observarse si se practica una seccin de la herramienta perpendicularmente al eje. Puede usarse para roscar a mano, en torno, en taladradora o en centro de mecanizado, pero siempre ha de practicarse el taladrado previo al dimetro adecuado (tabulados). Existen machos de tallado previo y machos para acabado.

2.1.2.1.6.2.1.2 Tallado de roscas con terrajas

Sirve para tallar roscas exteriores a mano o en torno, y su constitucin es parecida a lo que podra ser el negativo del macho de roscar.

2.1.2.1.6.2.1.3 Tallado de roscas en torno, con til de roscar.

figura 18

Es el sistema ms verstil y a la vez simple de tallar roscas tanto exteriores como interiores. El perfil resultante est determinado por la forma de la herramienta y su posicin relativa con respecto a la pieza. Adems debe existir una relacin especfica entre el movimiento longitudinal de la herramienta, y el movimiento de rotacin de la pieza. Ello puede obtenerse mediante juegos de ruedas dentadas intercambiables conectadas mecnicamente al husillo de avance, o bien mediante tallado con plantillas; ello evidentemente no es preciso en un torno de control numrico, ya que dicha relacin queda gobernada por los correspondientes dispositivos de regulacin automtica de los movimientos de la mquina.

2.1.2.1.6.2.1.4 Tallado de roscas con fresa madre

La pieza a roscar gira, y tambin lo hace la herramienta, que es multifilo, cilndrica y con forma que se ajusta a la rosca deseada. Se pueden realizar roscas interiores y exteriores. Si las roscas son largas stas se realizan con una fresa de forma que tiene que guardar una posicin perpendicular a la lnea helicoidal, el paso de la rosca se obtiene por desplazamiento longitudinal de la fresa (la rosca se puede realizar en una o varias pasadas). Por otra parte si las roscas son cortas, y su perfil triangular, se pueden emplear fresas madre ranuradas y sin inclinacin. La forma de las ranuras debe de corresponderse con el perfil de la rosca. El movimiento de corte lo realiza la fresa con una inclinacin igual al ngulo de la pendiente de la hlice. Durante una revolucin la pieza se desplaza longitudinalmente en una magnitud igual al paso. stas operaciones de tallado de roscas se efectan con mquinas especiales a tal efecto.

2.1.2.1.6.2.1.5 Esmerilado de roscas

La disposicin relativa de pieza y herramienta es similar a la del caso anterior, pero la diferencia estriba en que la herramienta es una muela abrasiva (de perfil simple o mltiple). Se aplica a piezas templadas, y cuando es precisa una gran exactitud y buena calidad superficial (tambin en piezas previamente roscadas si son grandes). La pieza gira a un reducido nmero de revoluciones y realiza el movimiento de avance correspondiente al paso de la rosca.

2.1.2.1.6.2.2 Laminado.Consecucin de la rosca por procedimientos de conservacin de masa mediante deformacin plstica, y que por lo tanto da lugar a roscas de mejores caractersticas mecnicas. La rosca se lamina por medio de mordazas planas estriadas o por medio de rodillos. En la figura se puede comparar la disposicin final de las fibras del material.

figura 19; tallado de roscas versus laminado

figura 20; a) Con macho de roscar; b) Terraja; c) Torno; d) Fresado; e) Esmerilado; f) laminado 2.1.2.2 Fabricacin de formas diversas. E "2.1.2.2 Fabricacin de formas diversas." 2.1.2.2.1 FresadoLa pieza es mecanizada mediante la presentacin de su superficie a una herramienta circular giratoria con varios filos de corte en su circunferencia. La pieza esta slidamente fijada a una mesa con posibilidad de movimientos horizontal, vertical y longitudinal; y en algunos casos de rotacin. Superficies planas, contornos, ngulos, ranuras, dientes de engranaje, y otras formas complejas pueden obtenerse mediante este procedimiento sin ms que adaptar la geometra de la herramienta.

2.1.2.2.1.1 Factores a tener en cuenta en el fresado.2.1.2.2.1.1.1 Ajuste del nmero de revoluciones.

El nmero de revoluciones depende de la velocidad de corte admitida y del dimetro de la fresa. En el fresado se entiende por velocidad de corte el recorrido de un filo de la fresa por unidad de tiempo:

Vc (velocidad de corte) = ( r (radio de la fresa) con: ( = 2( f (frecuencia rotacional)

Las velocidades de corte admisibles son, en orden de magnitud aproximado, las que aparecen en la siguiente tabla.

RANGO APROXIMADO DE VELOCIDADES DE CORTE EN LAS OPERACIONES DE FRESADO

MATERIALVELOCIDAD DE CORTE m/min

Aleaciones de aluminio300-3000

Fundicin de hierro (gris)90-1300

Aleaciones de cobre90-1000

Aleaciones de alta temperatura30-550

Aceros60-450

Aceros inoxidables90-500

Termoplsticos y termoendurecibles90-1400

Aleaciones de titanio40-150

Notas: (a) Estas velocidades son para herramientas de carburos, cermicas, cermets y puntas de diamante. Las velocidades para herramientas de acero rpido son inferiores a las indicadas. (b) Son velocidades para profundidades de corte en el rango de 1 a 8 mm. (c) Corte por diente en el rango de 0.08-0.46 mm/rev.

2.1.2.2.1.1.2 Ajuste del avance.

El avance en el fresado se da en longitud de pieza fresada por unidad de tiempo. Teniendo en cuenta esto veamos cules son los principales parmetros a considerar en las operaciones de fresado:

N = rpm = 60(/2( D = Dimetro de la fresa.

n = Nmero de dientes de la fresa.

v = Avance de la fresa en (mm / minuto).

f = Avance de la fresa en (mm/vuelta).

af = Espesor de viruta en la superficie removida = v/ N n

l = Longitud de la superficie a fresar.

V = Material removido Volumen/tiempo = ancho profundidad de corte (d) avance.

Par = (Fuerza de corte)(D/2)

Potencia = (Par)(() = V/ Vadmisible; Vadmisible es el volumen mximo de material que se puede remover por cada Unidad de potencia en cada Unidad de tiempo; viene dado para cada tipo de material.

E = Espesor mximo de viruta no deformada = (v/ N n)sen(; con "(" ver figura.

figura 21CANTIDAD ADMISIBLE DE VIRUTA cm3/Kwmin

FRESADOAcero 35-60 Kg/mm2 sin alearAcero 60-80 Kg/mm2 aleadoAcero hasta 100 Kg/mm2 aleadoFundicin grisAleaciones de cobreMetales ligeros

CILNDRICO12108223060

FRONTAL151210284075

2.1.2.2.1.2 Principales operaciones de fresado

2.1.2.2.1.2.1 Fresado en contradireccin y fresado paralelo

En el fresado en contradireccin, la viruta se arranca primeramente por el sitio ms delgado. Antes de que los dientes de la fresa penetren en el material, resbalan sobre la superficie que se trabaja. En el fresado paralelo la pieza es fuertemente presionada contra su apoyo. La mesa de trabajo no debe tener juego alguno, pues de lo contrario la fresa empujara a la pieza.

figura 222.1.2.2.1.2.2 Fresado cilndrico.

El eje de giro de la fresa es paralelo a la superficie de la pieza que se est mecanizando. La herramienta usada es generalmente de acero rpido, con un nmero determinado de dientes que actan como puntos de corte individuales. Los filos de las fresas pueden ser rectos o helicoidales produciendo respectivamente una acin de corte ortogonal u oblicua. En el fresado cilndrico se emplea generalmente el fresado en contradireccin. La mquina experimenta una carga irregular debido a la forma de las virutas.

2.1.2.2.1.2.3 Fresado frontal.

En el fresado frontal el eje de giro de la herramienta es perpendicular a la superficie trabajada. Cada diente arranca una viruta de espesor uniforme, siendo la carga de la fresadora uniforme. Las herramientas pueden ser de una pieza o de plaquitas removibles. Debido al movimiento relativo entre los dientes de la fresa y la pieza, aparecen unas marcas circulares en la superficie fresada que afectan seriamente a la rugosidad de sta, y cuya forma depende de la geometra de la esquina del diente y de la cantidad de metal removido por cada uno de los dientes.

2.1.2.2.1.2.4 Acabado de superficies y cajeado mediante fresado. (End milling)

Las herramientas utilizadas a este fin, poseen filos de corte tanto en la parte lateral como en el extremo. La herramienta gira, normalmente, alrededor de un eje perpendicular a la zona de superficie de la pieza que en cada momento se ha de trabajar. Diversos son los perfiles que pueden ser mecanizados mediante este tipo de fresas, y el hecho de que posean filos cortantes en el extremo, las habilita para poder ser usadas a modo de taladro para iniciar cavidades en las operaciones de cajeado. Las fresas de acabado, pueden tener extremos con formas hemisfricas con el fin de producir superficies complejas, como por ejemplo las de los utillajes de fundicin. stas herramientas, pueden ser de una pieza o constituirse a base de plaquitas removibles. Una de las aplicaciones es el fresado de alta velocidad en el mecanizado de componentes aerospaciales de aluminio, pudindose alcanzar velocidades de husillo de hasta 20000 rpm si la potencia de la mquina y el mecanismo de recoleccin de virutas lo permiten.

figura 23

2.1.2.2.1.2.5 Fresado de forma y otras operaciones de fresado.

Con el fin de mecanizar superficies diversas, existen otros tipos de conformado de herramientas para fresado con:

Montaje en rbol, ms de una herramienta, para mecanizar (p.e.) superficies que sean paralelas. (Fig. 24).

Fresado de forma; usado para mecanizar perfiles curvados con cortadores conformados a tal efecto, por ejemplo, en el fresado de dientes de un engranaje.(Fig. 24).

Ranurados especiales, por ejemplo en forma de T, como los usados en las mesas de las mquinas herramienta; colas de milano; etc.

figura 242.1.2.2.1.3 Herramientas de fresado

En una seccin transversal de cada uno de los filos de una herramienta de fresa pueden identificarse, al igual que en las herramientas de torno, el ngulo de desprendimiento o ataque, y el ngulo de incidencia. El ngulo de inclinacin es el que tiene que ver con la posible configuracin helicoidal de los dientes. sos influyen directamente en la distribucin de esfuerzos y en la conformacin de la viruta resultante. El dimetro de la fresa suele ser escogido de modo que no interfiera con las fijaciones a la mesa de la pieza a trabajar, una relacin aproximada, en fresado frontal (Dimetro / anchura de fresado), suele ser no menor a 3/2. Las herramientas pueden clasificarse en funcin de su tipo de sujecin a la mquina; ya que pueden estar montadas sobre un rbol con dos puntos de apoyo, o bien montadas en su correspondiente cono porta-herramientas y sujetas al husillo de la mquina en un nico punto (p.e. fresas de contorneado). La rigidez de la herramienta y su fijacin a la mquina es importante para conseguir superficies de calidad y reducir la vibracin en las operaciones de fresado.

figura 252.1.2.2.1.4 Mquinas de fresar.

Debido a su capacidad para llevar a cabo gran variedad de operaciones, las mquinas de fresar (la primera data de 1876) constituyen el elemento de mayor versatilidad en un taller mecnico. Se clasifican fundamentalmente en horizontales y verticales segn la disposicin del husillo principal, aunque existen mquinas en las que aqul puede adoptar ambas configuraciones; podemos clasificarlas tambin en convencionales o con control numrico. Las operaciones de fresado, pueden ser llevadas a cabo en centros de mecanizado con control numrico, de los que se tratar en captulos posteriores.

figura 262.1.2.2.2 Cepillado y Limado.

Es un proceso en el que una herramienta monofilo acta sobre una pieza a la que corta a lo largo de una carrera, luego retorna a su posicin inicial, y entonces comienza la siguiente carrera despus de un ligero desplazamiento lateral. En general se pueden producir todo tipo de superficies compuestas de elementos rectos. Es una operacin relativamente lenta, por esta razn es raro encontrar mquinas de este tipo en un taller de produccin. Sin embargo son muy vlidas para talleres de utillaje. Si se desplaza la mesa porta-piezas, la mquina se llama cepilladora, si el movimiento de vaivn es de la herramienta se llama limadora (el avance transversal suele ser de la mesa).

2.1.2.2.3 Mortajado.

Es una operacin de mecanizado que se realiza en mquinas denominadas mortajadoras (o tambin limadora vertical), que utilizan herramientas monofilo con movimiento alternativo vertical. Operan de manera similar a las limadoras, y se utilizan p.e. en la fabricacin de chaveteros de piezas involucradas en mecanismos de transmisin.2.1.2.2.4 Brochado

El brochado es un procedimiento de mecanizado que se usa con el fin de obtener contornos complejos bien sean internos o externos. Las herramientas usadas son multifilo, con la particularidad de que cada diente es generalmente mayor que el precedente, incrementndose la profundidad de corte en tanto que la operacin progresa. Las aplicaciones son prcticamente ilimitadas, pudiendo reproducirse perfiles externos e internos lo alargados que se desee siempre que la superficie a trabajar est libre de obstculos al paso de la herramienta. El tipo de accionamiento que anima el movimiento de la herramienta suele ser de tipo hidrulico.

figura 27; aspectos del brochado.

2.1.2.2.5 Tallado de ruedas dentadasA continuacin se describen los mtodos ms comnmente utilizados para la obtencin de ruedas dentadas (de perfil evolvente) de los tipos ms habituales (rectos, helicoidales, cnicos, tornillos sin fin, etc.). El parmetro ms relevante a la hora de seleccionar la herramienta apropiada para el tallado de ruedas dentadas es el mdulo; que es el cociente del paso (mltiplo de () y del nmero (, el paso se mide sobre la circunferencia primitiva (se mide espesor de diente ms separacin entre dientes). Todos los valores normalizados de las dimensiones de los dientes vienen dados en funcin del mdulo; as: la altura del diente es 13/6 del mdulo; la de la cabeza 6/6 del mdulo (hasta la circunferencia primitiva) y la altura del pie (desde la circunferencia primitiva) 7/6 del mdulo; el espesor es igual a paso. Lgicamente el permetro de la circunferencia primitiva es igual al paso por el nmero de dientes. En el caso de paso-pitch (medidas en pulgadas) ste es igual a cociente del nmero ( y el diametral pith (Dp). El material con el que se fabrican depende de la carga de trabajo, y la forma de obtencin del material en bruto depende de las dimensiones de la rueda.

2.1.2.2.5.1 Fresado continuo por rodamiento.

Los dientes de la rueda se configuran mediante rodamiento del cuerpo de rueda sobre una fresa de forma helicoidal (ruedan igual que un mecanismo de rueda helicoidal y tornillo sin fin engranados), para una revolucin del cuerpo de rueda tiene que realizar la fresa tantas revoluciones como dientes haya de tener aquella, despus de cada revolucin de la pieza se realiza el correspondiente movimiento de avance. Este tipo de fresado se lleva a cabo en mquinas especiales para este fin. Para fresar ruedas dentadas rectas, hay que colocar la fresa helicoidal inclinada en una magnitud angular igual a la de su pendiente (ver figura 28).

figura 282.1.2.2.5.2 Mortajado.

2.1.2.2.5.2.1 Mortajado con plato divisor.

Se tallan los dientes uno a uno con un til de forma, girando cada vez la pieza de trabajo (el ngulo conveniente) mediante el plato divisor (ver apndices).

2.1.2.2.5.2.2 Mortajado por procedimiento continuo.

Se realiza en una mquina especial, es el procedimiento de mortajado ms exacto y rpido. Se pueden emplear tiles en forma de peines o bien de ruedas cortantes. El til de peine tiene forma de cremallera y lleva a cabo un movimiento de corte vertical. La pieza de trabajo realiza un movimiento de rodadura, compuesto de rotacin y traslacin lateral en direccin paralela al peine. Cuando ha finalizado el movimiento de rodadura a lo largo del peine se vuelve a la posicin de partida, con lo cual se habr realizado el avance correspondiente a un diente.

Mediante una rueda cortante, que realiza un movimiento vertical de corte, se pueden mecanizar tallados exteriores e interiores. En este caso el movimiento de rodadura est compuesto por los giros de pieza y til de corte.

figura 292.1.2.2.5.3 Brochado

La forma de la brocha, es la del perfil total del dentado a ejecutar (fundamentalmente tallados interiores).

2.1.2.2.5.4 Fresado con herramienta de forma.

Se procede de modo anlogo que en el mortajado de dientes con plato divisor, solo que en este caso la herramienta es una fresa de forma multifilo.2.1.2.2.6 Corte con sierraEn general tres tipos de mquinas son comnmente utilizadas, de acuerdo al tipo de movimiento con que las sierras estn animadas: alternativas, de banda o circulares. La sierra suele estar dispuesta sobre una estructura a tal efecto, con los elementos adecuados para fijar la pieza de trabajo. Algunas poseen mecanismos para alimentacin de materia prima. Son generalmente utilizadas para realizar el acopio de material en bruto, previo a cualquier otra operacin de mecanizado.

2.1.2.3 Operaciones de acabado E "2.1.2.3 Operaciones de acabado" 2.1.2.3.1 Rectificado

El rectificado consiste en la remocin de metal por medio de una muela (cilndrica) abrasiva rotativa; la accin es similar a la de una herramienta de fresado. La muela est compuesta por gran cantidad de pequeos granos de material abrasivo, rodeado del aglutinante apropiado; cada uno de los granos acta como una herramienta en miniatura. Este proceso produce superficies extremadamente finas y precisas. Dado que en cada pasada se elimina una pequea cantidad de material, es preciso contar en las mquinas de rectificado con una regulacin de la muela abrasiva muy precisa. La presin de la rueda sobre la superficie de la pieza ha de ser muy suave, hecho que habilita al rectificado para trabajar materiales cuya fragilidad no los hace aptos para ser mecanizados de otro modo.

La dureza de una muela para esmerilar o rectificar viene dada por la dureza del aglutinante, dado que es ste el que constrie la capacidad de movimiento de cada uno de los granos entorno a su posicin inicial, incrementando la capacidad del grano para actuar sobre el material. El granulado, es la gradacin de tamaos de los granos empleados. Los granos se clasifican en tamaos mediante tamices. Las muelas se suelen clasificar por medio de una letra, para designar la dureza, y de un nmero que indica el tamao de tamiz utilizado en la clasificacin de granos.

Para materiales tenaces y materiales con resistencia superior a los 35 Kg/mm2 (aceros, fundicin maleable, acero moldeado), se utilizan muelas de corindn (xido de aluminio). Para materiales blandos con resistencia de hasta 35 Kg/mm2 (fundicin gris, latn, bronces, aluminio, resinas sintticas, etc.) se emplean muelas con granos de carburo de silicio. Los aglutinantes, pueden ser cermicos, de silicato (p.e. para el afilado de herramientas), o de goma en el caso de esmerilado de piezas de fundicin dura o aceros templados.

En cuanto a la estructura de la muela, sta suele ser densa en el caso de trabajar sobre materiales duros con necesidad de un esmerilado fino. En caso contrario (esmerilado basto sobre materiales blandos) las muelas suelen tener una estructura menos fina. Como regla general se puede decir que para trabajo sobre materiales blandos se usan muelas duras y con grano ms basto. Mientras que para el rectificado de materiales duros se emplean muelas blandas con grano fino.

La velocidad perifrica de las muelas (entre 25 y 80 m/s) depende de:

El tipo de material a trabajar, (acero valores ms altos, fundicin gris valores ms bajos).

El tipo de rectificado (sobre superficies planas hasta 25 m/s, redondo hasta 35 m/s, corte 80 m/s, etc.).

Las profundidades de corte son: del orden de la dcima en el desbastado, y de las milsimas en el afino.

2.1.2.3.1.1 Operaciones de rectificado2.1.2.3.1.1.1 Rectificado cilndrico de exteriores.

Aplicaciones tpicas son cigeales, rodamientos, etc. La pieza a trabajar gira entorno a su eje a la vez que es animada de un movimiento alternativo a lo largo del mismo, si la pieza es grande es la muela abrasiva la que se desplaza alternativamente a lo largo de la superficie de la pieza, que usualmente descansa entre dos puntos (entre centros). La pieza y la muela giran a velocidades diferentes, la velocidad perifrica de la pieza, depende de:

El tipo de material a trabajar (alto para metales ligeros y bajo para aceros).

El tipo de operacin (ms alto para desbastado, y ms bajo para el afino).

Las rectificadoras cilndricas, que as se llaman las mquinas que desarrollan este tipo de operaciones, se identifican en funcin del mximo dimetro y longitud de la pieza a rectificar; son mquinas parecidas a los tornos. En las rectificadoras universales, los ejes de la pieza y la muela pueden adoptar diversas posiciones relativas con el fin de poder rectificar perfiles ms complejos. stas mquinas pueden estar equipadas con control numrico para mayor seguridad en su operacin y repetitividad, las revoluciones de la pieza estn sincronizadas con la variacin de la distancia entre los ejes de pieza y muela con el fin de producir las formas requeridas en cada caso.

figura 30

2.1.2.3.1.1.2 Rectificado cilndrico de interiores.

Se utiliza una muela cilndrica del tamao adecuado al interior que se desea rectificar (p.e. alojamientos de casquillos y rodamientos), la muela gira sujeta a un cabezal porta-muelas a velocidades prximas a las 30000 rpm. La figura ilustra diversas formas de rectificado interior, en la que pueden observarse los movimientos relativos de los elementos involucrados.

figura 312.1.2.3.1.1.3 Rectificado plano.

En el rectificado de superficies planas, la pieza se sujeta a la mesa mediante un dispositivo magntico, montado a tal efecto, con el fin de que la superficie a rectificar quede difana. Si el material a trabajar no fuese magntico, se utilizara cualquier otro tipo de sujecin factible. La muela abrasiva va montada sobre un soporte horizontal, presentando su parte cilndrica a la pieza de trabajo; con un movimiento relativo, con relacin a sta, alternativo en direccin longitudinal. Avanzando en sentido lateral despus de cada carrera, con el fin de cubrir toda la pieza (es normalmente la pieza la que se desplaza). La capacidad de la mquina se define en funcin del tamao de la pieza a mecanizar. Existen tambin mquinas de husillo vertical y con mesas rotativas, estas configuraciones permiten en algunos casos aumentar el nmero de piezas a trabajar de una vez.

figura 32

2.1.2.3.1.1.4 Rectificado sin centros, o sin puntas.Este procedimiento se emplea en la fabricacin en serie, la pieza no precisa ser centrada. Se dispone sobre una gua entre dos muelas y es esmerilada por la muela mayor. La muela pequea es la muela de avance; rueda con una velocidad perifrica menor que la muela grande (1/20) y frena el movimiento de rotacin que sta transmite a la pieza, ajustando sus revoluciones. Mediante la muela de avance situada en posicin inclinada es empujada la pieza contra la muela grande. Elementos tpicos as rectificados, son rodillos de rodamientos, vlvulas, ejes, otras piezas con dimetro variable, etc. Se pueden trabajar dimetros del orden de una dcima, y alcanzar velocidades perifricas del orden de 10000 m/min con muelas de nitruro de boro. En rectificado sin centros de interiores, la pieza es encajada entre en tres cilindros. Las roscas, pueden ser rectificadas tanto en rectificadoras cilndricas como en rectificadoras sin centros, con muelas acondicionadas con la forma de la rosca. Los movimientos de la pieza y de la muela estn sincronizados para producir el paso adecuado.

figura 33

2.1.2.3.1.1.5 Remocin de material a gran escala.

El rectificado, es tambin utilizado para remocin de material a gran escala. La profundidad de corte alcanza dimensiones de hasta 6 mm con velocidades bajas. Son muelas blandas capaces de mantener bajas temperaturas de corte y mejorar el acabado de la superficie. Las mquinas utilizadas alcanzan potencias superiores a 200 kW. Es un sistema adecuado para fabricar piezas de materiales especiales que por sus condiciones resultan de difcil mecanizado.

figura 34

2.1.2.3.2 Mecanizado mediante chorro abrasivo.

Los mecanizados mediante chorro abrasivo fueron introducidos en la industria en 1982, unos diez anos despus de que lo hubieran hecho los mecanizados mediante agua a presin. Son utilizados en una amplia variedad de industrias, desde las del automvil a las de precisin que trabajan materiales especialmente duros. Una mquina de este tipo, utiliza agua a presiones por encima de 2500 Kg/cm2 (40000 psi) y velocidades 2,5 veces la del sonido (el dimetro aproximado de las boquillas es de 0,1 mm). La granalla abrasiva es mezclada, en tubos cermicos, con el chorro de agua, en donde la mezcla alcanza velocidades de 18000 m/min. Despus el chorro es dirigido sobre el material a mecanizar. La fuerza centrfuga de las partculas abrasivas es la que acta sobre el material de la pieza a trabajar, y la accin de corte es similar a la del rectificado, con la salvedad de que es el agua la que conduce a las partculas en vez de la muela.

Es un mtodo aplicable a un amplio rango de materiales de diferentes espesores (metales, plsticos, cristales, cermicos, etc.) con excelentes calidades de acabado. Una ventaja adicional es la baja temperatura que se alcanza en la aplicacin de stos procesos de mecanizado (temperatura ambiente), como resultado de lo cual las reas mecanizadas de la pieza no sufren tratamiento trmico alguno que menoscabe sus caractersticas mecnicas. El chorro abrasivo, es til en el mecanizado de materiales duros y materiales con puntos de fusin en exceso bajos. El abrasivo generalmente utilizado tiene una dureza aproximada de 6,5(7,5 Mohs.

2.1.2.3.3 Mecanizado por ultrasonidos.

Se conforma una herramienta con la forma del alojamiento a mecanizar (con un material de no demasiada dureza), a la cual se hace vibrar a alta frecuencia (30000 c.p.s.) y baja amplitud sobre la pieza de trabajo. Entre medias de la pieza y la herramienta se introduce una mezcla de fino abrasivo y agua, la friccin de abrasivo corta gradualmente la superficie de la pieza de materiales tales como; acero, titanio, rubes, cuarzo, diamantes y vidrio. Una de las principales ventajas es la capacidad para reproducir cavidades de formas complejas. Los tamaos de stas estn en el rango de: 0,25 mm hasta 100 mm con profundidades de hasta 200 mm.

figura 352.1.2.3.4 Mecanizado de materiales cermicos.

Los materiales cermicos estn compuestos de elementos esencialmente no metlicos. stos son aptos para ser mecanizados por elementos abrasivos (p.e. diamante) o ultrasonidos.

2.1.2.3.5 Operaciones de desbarbado.El desbarbado consiste en la eliminacin de material sobrante de las operaciones de mecanizado (rebabas). stas tambin pueden ser eliminadas mediante proyeccin de partculas abrasivas o bien manualmente mediante elementos de corte de metales. Existen tambin desbarbados trmicos y qumicos.

2.1.2.3.6 Bruido

Es una operacin de mecanizado que se utiliza con el fin de dotar a los agujeros ya mecanizados de una calidad adecuada (rugosidad fina). Consiste en un conjunto de varillas de aglomerante con partculas abrasivas que estn montadas sobre un mandril que las habilita para ser introducidas en el agujero. A la herramienta as conformada se le aplica un movimiento rotativo a la vez que otro alternativo axial. Las varillas abrasivas deben ajustarse radialmente en funcin de las dimensiones del agujero a trabajar. La finura de la superficie resultante, puede ser controlada por medio de; el tamao del abrasivo usado, la velocidad de rotacin y la presin aplicada a la pieza. Se utiliza un fluido con el fin de arrastrar la materia sobrante y refrigerar. Esta operacin, puede tambin ser llevada a cabo en superficies externas cilndricas y superficies planas, y en la eliminacin de rebabas.

figura 36; aspectos del bruido2.1.2.3.7 Pulido.Es un acabado ms fino que el rectificado, en el que la pieza a trabajar se embadurna de un abrasivo de muy fina escala sobre lecho fluido. La accin de pulido se lleva a cabo mediante discos o cintas que pueden fabricarse de cuero o fieltro revestidos con polvos de xido de aluminio o diamante. Pueden obtenerse superficies con brillo especular (o de espejo) mediante electropulido, que es un procedimiento inverso al de revestimiento por deposicin electroltica. Recientes investigaciones, han aportado interesantes aplicaciones de los campos magnticos al pulido de piezas mecnicas. En un campo magntico, y en lecho fluido de agua o keroseno, flotan partculas abrasivas con otras ferromagnticas, que mediante la accin de las alteraciones del campo magntico o la accin de algn dispositivo mecnico, ejecutan el pulido de la superficie de la pieza de trabajo. Para tener una idea aproximada del tiempo de ejecucin de stas operaciones, se puede decir que elementos de acero (p.e. constitutivos de un rodamiento), pueden alcanzar brillo de espejo en 30 segundos.

figura 37

figura 382.1.2.3.8 Lapeado

La herramienta de lapeado se compone de granos abrasivos muy finos, incrustados en fundicin de hierro, cobre, cuero o tejido. La operacin se realiza con presiones muy bajas (7-140 kPa), y se pueden obtener excelentes acabados con tolerancias muy exigentes (del orden de 0.0004 mm). Se puede utilizar en formas planas o cilndricas

figura 39

figura 402.1.2.4 Mquinas herramientas no convencionales E "2.1.2.4 Mquinas herramientas no convencionales" Entre las mquinas herramientas no convencionales se encuentran las mquinas de arco de plasma, las de rayo lser, las de descarga elctrica y las electroqumicas, de haz de electrones, y las ya comentadas anteriormente ultrasnicas. Estas mquinas fueron desarrolladas para dar forma a aleaciones de gran dureza utilizadas en la industria pesada y en aplicaciones aerospaciales. Tambin se usan para dar forma y grabar materiales muy delgados que se utilizan para fabricar componentes electrnicos como los microprocesadores.2.1.2.4.1 Descarga elctrica (electroerosin).

La mecanizacin por descarga elctrica, conocida tambin como erosin por chispa, utiliza la energa elctrica para eliminar material de la pieza sin necesidad de tocarla. Se aplica una corriente de alta frecuencia entre la punta del til y la pieza, haciendo que salten chispas que vaporizan puntos pequeos de la pieza. Como no hay ninguna accin mecnica, pueden realizarse operaciones delicadas con piezas frgiles. Este mtodo produce formas que no pueden conseguirse con procesos de mecanizado convencionales.

2.1.2.4.1.1 Mecanizado mediante descarga elctrica.

Sucesin de descargas elctricas entre un electrodo (herramienta) y la pieza en presencia de un dielctrico. El metal eliminado, fundido o evaporado, es retirado por el flujo de fluido dielctrico. Mediante este sistema se pueden trabajar materiales con independencia de su dureza, aunque obviamente est limitado a materiales que conducen la electricidad. Es un mtodo ampliamente usado en la fabricacin de coquillas para fundicin, y la fabricacin de prototipos. Es muy conveniente cuando la pieza presenta dificultades de mecanizado o posee agujeros, pasantes o ciegos de contorno complicado.

2.1.2.4.1.2 Esmerilado mediante descarga elctrica.

El electrodo herramienta, puede ser sustituido por una muela rotativa. Es un procedimiento til en el esmerilado de secciones de piezas, o materiales frgiles, en las que la presin del esmerilado convencional podra daar la pieza.2.1.2.4.2 Electroqumicas.

Este tipo de mecanizacin emplea tambin la energa elctrica para eliminar material. Se crea una celda electroltica en un electrlito, utilizando el til como ctodo y la pieza como nodo y se aplica una corriente de alta intensidad pero de bajo voltaje para disolver el metal y eliminarlo. La pieza debe ser de un material conductor. Con la mecanizacin electroqumica son posibles operaciones como grabar, marcar, perforar y fresar.2.1.2.4.2.1 Mecanizado electroqumico.

Eliminacin de metal sin el uso de energa mecnica o trmica. La accin elctrica se combina con la accin qumica a fin conseguir un efecto contrario al que tiene lugar en los baos para revestimiento qumico de piezas mecnicas. Una corriente continua pasa de la herramienta (ctodo) a la pieza (nodo) a travs de un electrolito, cuyo flujo elimina el material disuelto, y refrigera el proceso.2.1.2.4.2.2 Torneado electroqumico.

Es un caso particular del proceso anterior, en el que el nodo (pieza de trabajo) es mvil.2.1.2.4.2.3 Rectificado o esmerilado electroqumico.

Accin combinada del ataque electroqumico y la abrasin para eliminar material de piezas con materiales conductores elctricos y de cierta dureza superficial. El ctodo (rueda de rectificado) es mvil (rotativa).2.1.2.4.2.4 Bruido electroqumico.

Con ctodo, herramienta de bruido.

2.1.2.4.2.5 Rectificado por descarga electroqumica.Es una combinacin de los procedimientos de rectificado electroqumico (elimina material de la pieza de trabajo) y por descarga elctrica (elimina los xidos resultantes). 2.1.2.4.3 Arco de plasma.

La mecanizacin con arco de plasma utiliza un chorro de gas a alta temperatura y gran velocidad para fundir y eliminar el material. El arco de plasma se utiliza para cortar materiales difciles de seccionar con otros mtodos, como el acero inoxidable y las aleaciones de aluminio. Tambin es empleado para operaciones de punzonado, torneado y fresado. La geometra de la boquilla es la que provoca la concentracin de gases en una columna tan estrecha como sea necesario.

Plasma, estado de la materia, generalmente gaseoso, en el que algunos o todos los tomos o molculas estn disociados en forma de iones. Los plasmas estn constituidos por una mezcla de partculas neutras, iones positivos (tomos o molculas que han perdido uno o ms electrones) y electrones negativos. Los plasmas pueden crearse aplicando un campo elctrico a un gas a baja presin, como en los tubos fluorescentes o de nen. Tambin puede crearse un plasma calentando un gas neutro hasta temperaturas muy altas. Generalmente, las temperaturas son demasiado altas para aplicarlas externamente, por lo que se calienta el gas internamente inyectando en l iones o electrones de alta velocidad que pueden colisionar con las partculas de gas y aumentar su energa trmica. Los electrones del gas tambin pueden ser acelerados por campos elctricos externos. Los iones procedentes de estos plasmas se emplean en la industria de semiconductores para grabar superficies y producir otras alteraciones en las propiedades de los materiales.

2.1.2.4.4 Lser.

La mecanizacin por rayo lser se consigue dirigiendo con mucha precisin un rayo lser, para vaporizar el material que se desea eliminar. Este mtodo es muy adecuado para hacer orificios con gran exactitud. Tambin puede perforar metales refractarios y cermicos y piezas muy finas sin abarquillarlas. La accin del lser no afecta trmicamente a las zonas aledaas a la objeto de mecanizacin (zonas afectadas en el entorno de 0,2 mm). Se pueden cortar, con gran precisin, materiales tan diversos como aceros, aleaciones de cobre y aluminio, plsticos, gomas, composites, etc (con lser de CO2 y mediante control numrico).

Lser, dispositivo de amplificacin de luz por emisin estimulada de radiacin. Los lseres son aparatos que amplifican la luz y producen haces de luz coherente; su frecuencia va desde el infrarrojo hasta los rayos X. Un haz de luz es coherente cuando sus ondas, o fotones, se propagan de forma acompasada, o en fase. Esto hace que la luz lser pueda ser extremadamente intensa, muy direccional, y con una gran pureza de color. Los lseres obligan a los tomos a almacenar luz y emitirla en forma coherente. Primero, los electrones de los tomos del lser son bombeados hasta un estado excitado por una fuente de energa. Despus, se los "estimula" mediante fotones externos para que emitan la energa almacenada en forma de fotones, mediante un proceso conocido como emisin estimulada. Los fotones emitidos tienen una frecuencia que depende de los tomos en cuestin y se desplazan en fase con los fotones que los estimulan. Los fotones emitidos chocan a su vez con otros tomos excitados y liberan nuevos fotones. La luz se amplifica a medida que los fotones se desplazan hacia atrs y hacia adelante entre dos espejos paralelos desencadenando nuevas emisiones estimuladas. Al mismo tiempo, la luz lser, intensa, direccional y monocromtica, se "filtra" por uno de los espejos, slo parcialmente reflectante. Segn el medio que emplean, los lseres suelen denominarse de estado slido, de gas, de semiconductores o de lquido.

2.1.2.4.5 Haz de electrones.

Este mtodo de mecanizacin utiliza electrones acelerados a una velocidad equivalente a tres cuartas partes de la velocidad de la luz. El proceso se realiza en una cmara de vaco para reducir la expansin del haz de electrones a causa de los gases de la atmsfera. La corriente de electrones choca contra un rea de la pieza delimitada con precisin. La energa cintica de los electrones se convierte en calor al chocar stos contra la pieza, lo que hace que el material que se quiere eliminar se funda y se evapore, creando orificios o cortes. Los equipos de haz de electrones se suelen utilizar en electrnica para grabar circuitos de microprocesadores. A otra escala, es tambin usado para el mecanizado de boquillas de inyeccin de motores diesel.

2.1.2.4.6 Mecanizado por haz inico.En este proceso de mecanizado los tomos cargados o iones golpean la superficie de la pieza con suficiente energa como para remover tomos superficiales. El nmero de stos depende del tiempo de exposicin de la pieza al haz inico. Diversos materiales, responden de forma diferente al bombardeo inico; algunos permanecen blandos en el proceso resultando superficies con acabado especular (materiales amorfos), mientras que otros, rpidamente se tornan speros.

2.1.2.4.7 Mecanizado qumico y fotoqumico.

Agentes qumicos, apropiados para cada caso (tipo de material), atacan (mecanizan) aquellas partes de la pieza objeto de trabajo en aquellas zonas que no han sido previamente protegidas.

ANEXOS CAPTULO 2

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS

Acero de herramientas no aleado

contenido en carbono: 0.5...1.5%

temperaturas 200C - 300CAcero de herramientas aleado (Acero rpido)contienen; tungsteno, volframio, cromo, nquel, vanadio, molibdeno, cobalto

temperaturas 550C - 600CMetal duro

granos de carburo de tungsteno (proporciona dureza),

aglomerados con cobalto;

tambin se aade carburo de titanio

(disminuye craterizacin en la herramienta provocada por la viruta)

obtenido por sinterizacintemperaturas 900C - 1000CDiamante

Materiales cermicos

xido de aluminio sinterizado (frgil)

temperaturas 1200C

SINTERIZACIN

Proceso tecnolgico que tiene por objeto la produccin de objetos porosos, denominados "sinterizados". Se parte siempre de polvos (pulvimetalurgia) metlicos o cermicos de granulometra diversa, comprimidos en prensas especiales, a presiones elevadas (10-100 kg/mm2) y calentados en atmsfera neutra a la temperatura adecuada, de modo que se produzca la fusin de los componentes (de ms baja temperatura de fusin) o se permita el desarrollo de fenmenos de difusin atmica. Los materiales obtenidos son porosos y el grado de porosidad es funcin de las modalidades tecnolgicas de produccin, granulometra, uniformidad de granos, presin, condiciones de calentamiento y presencia de impurezas.

Aplicaciones de los materiales "sinterizados":

1) fabricacin de cojinetes autolubricados. 2) piezas cuya mecanizacin es compleja, al no requerir las piezas "sinterizadas" mecanizaciones ulteriores. 3) ncleos duros (widia, uranio empobrecido, etc.).

Materiales sinterizables:

1) cermicas tcnicas. 2) bronces. 3) aleaciones de Al. 4) algunos aceros. 5) aleaciones de Ti. 6) superaleaciones (de base Ni y de base Ti). 6) superaleaciones (de base Ni y de base Ti), etc. Tngase siempre presente que cualquier elemento o pieza, obtenida por el mejor mtodo de "sinterizacin" tendr unas caractersticas mecnicas inferiores a la pieza equivalente obtenida por "forja".

produccin de polvos

Atomizacin: inyectando metal fundido por un orificio, y atomizando mediante gas inerte, aire, o agua.

Reduccin: Eliminando el oxgeno de los xidos metlicos.

Deposicin electroltica: mediante soluciones acuosas o sales.

Mtodos mecnicos: partculas de metales frgiles y poco dctiles.

Aleaciones metlicas: obtenidas por difusin de polvos de metales diferentes.

compactacin de polvos.

Los polvos son compactados con el fin de conseguir las formas deseadas. Se puede llevar a cabo mediante presin en fro (CIP), en caliente (HIP), por forja, extrusin, inyeccin, etc. A continuacin se pueden llevar a cabo las operaciones de acabado mas convenientes a cada tipo de pieza; mecnicos, superficiales, trmicos, inyeccin de metal con bajo punto de fusin para rellenar poros por capilaridad, etc. En el diseo de moldes para llevar a cabo la compactacin de los polvos se ha de tener especial consideracin con las contracciones que se producen tras el sinterizado, y en el diseo de las piezas a fabricar habrn de tenerse en cuenta los ratios que deben mantener las dimensiones de las diferentes partes.

TOLERANCIAS.

RUGOSIDADES.

CAPTULO 3 MECNICA DEL CORTE DE METALES E "3 \MECNICA DEL CORTE DE METALES\" 3.1. Modelo de corte ortogonal E "3.1. Modelo de corte ortogonal" Se entiende por corte ortogonal, aqul en el que se reproduce la misma composicin de fuerzas sea cual fuere el plano paralelo al de la figura por el que se corte el conjunto pieza - herramienta. Ello posibilita un anlisis de fuerzas en el plano en lugar de un anlisis espacial que siempre resulta ms complejo. Los conocimientos ya adquiridos en la descripcin de las diferentes operaciones de corte de metales, nos habilitan para comprobar que la situacin presentada en la figura puede reproducirse en cualquiera de ellas (modalidad ortogonal). La fuerza resultante (Fr) que la herramienta ejerce sobre la pieza puede descomponerse segn criterios diferentes. Fc y Ft (fuerzas de corte y empuje respectivamente), que son aquellas que resultan medibles con mayor facilidad.

F1 y Fp (fuerzas de remocin de viruta y penetracin respectivamente), son las que el conocimiento previo de la operacin de mecanizado presenta como la descomposicin ms razonable.

Ff (fuerza de friccin) y la componente en direccin perpendicular a sta.

Fs (fuerza sobre el plano de cizalladura) y la componente en direccin perpendicular a sta.

La razn de considerar stas dos ltimas descomposiciones, viene dada por la utilidad que representan a la hora de analizar el corte ortogonal.

figura 1Algunas relaciones geomtricas de inters, a la vista de la figura anterior, son:

;

;

;

;

Estudios experimentales han mostrado que cuando se disminuye el avance, la fuerza de penetracin aumenta, y ello hace que la tensin "" se incremente.

3.1.1. Modelo de corte ortogonal (Ernst y Merchant).

Determinacin de para minimizar el trabajo requerido para el corte. Se suponen condiciones ideales de equilibrio, y por lo tanto se puede considerar que Fp ( 0.

Despejando

y haciendo

se obtiene

que es la expresin requerida. De todos modos, y debido a que la tensin tangencial en el plano de cizalladura no se puede considerar constante en modo estricto, se establece la siguiente relacin lneal con la tensin normal al citado plano:

;

Volviendo a efectuar los clculos el nuevo resultado es:

Donde k es una funcin de las caractersticas del material que se este cortando.

3.2. Friccin en las operaciones de mecanizado. E "3.2. Friccin en las operaciones de mecanizado." El modelo de distribucin de tensiones en la cara de friccin entre pieza y herramienta que se presenta a continuacin, es debido a Zorev. En la figura pueden destacarse dos zonas; la de adhesin y la de deslizamiento, la primera se caracteriza porque existe un contacto total entre las caras de herramienta y pieza de manera que con independencia de las irregularidades superficiales de ambas, la superficie de contacto es total. No siendo as en la cara de deslizamiento, que se caracteriza por que la relacin de tensiones tangencial y normal (() es constante.

(del metal ms blando);

figura 2

Se trata ahora de caracterizar ( (ngulo de friccin) debido a que ste ser el parmetro que nos sirva para evaluar la accin lubricante de los diferentes fluidos de corte empleados en las operaciones de mecanizado.

si se hace:

;

entonces:

; haciendo:

con K (constante para un amplio rango de condiciones de corte no lubricado).

3.3.- Temperaturas en el corte de metales. E "3.3.- Temperaturas en el corte de metales." La temperatura alcanzada en las operaciones de mecanizado, tiene una influencia crtica en la vida til de las herramientas, en la calidad de las superficies mecanizadas, y en las propiedades mecnicas del material resultante. Casi toda la energa mecnica consumida en los procesos de corte de metales, se convierte finalmente en energa trmica. Han sido muchos los mtodos experimentales desarrollados con el fin de medir la distribucin de temperaturas que tiene lugar en el conjunto herramienta - pieza - viruta: Uso de termopares empotrados, tcnicas de radiacin infrarroja, medicin de las variaciones de microestructura y microdureza, uso de pinturas termosensibles, etc. Adems se han contrastado con xito resultados experimentales con otros tericos obtenidos mediante tcnicas de anlisis por elementos finitos.

figura 3

3.3.1. Calor generado en las operaciones de mecanizado.

Casi todos los modelos han sido establecidos bajo la hiptesis de corte ortogonal, aunque en la prctica es bien sabido que no todas las operaciones de mecanizado satisfacen tal condicin (torneado oblicuo, barrenado, taladrado, fresado, rectificado, etc). Las principales fuentes de calor caracterizadas por medio de estudios tericos y experimentales, son las siguientes: Trabajo de deformacin plstica convertido en calor, y Trabajo de friccin. Otras fuentes de calor que tienen que ver con los defectos del afilado de las herramientas (entre otras causas) suelen despreciarse.

En el corte ortogonal las fuentes de calor a considerar son las que aparecen en la figura.

figura 43.3.1.1. Calor generado en la zona de deformacin primaria.

La zona de deformacin primaria es la presentada en la figura a lo largo del plano de cizalladura. El calor aqu generado, es principalmente debido a la deformacin plstica que tiene lugar.

3.3.1.2. Calor generado en la zona de deformacin secundaria.

En esta zona, paralela a la cara de la herramienta, el calor que se produce debido a la deformacin plstica es ignorado en la mayor parte de los anlisis tericos; Boothroyd seal que la distribucin de calor vara de forma lneal a lo largo de la cara de contacto herramienta-viruta, partiendo de un valor proporcional a la relacin velocidad de la viruta / mximo espesor de sta.

La fuente de calor que si es tenida en cuenta a lo largo de esta zona, es la propiciada por la friccin entre material y herramienta. El valor de la energa por unidad de tiempo (potencia) que se genera por este concepto (Pf) viene dado por el producto de la fuerza de friccin (Ff) y la velocidad de la viruta (V0). sta ltima viene dada, en virtud de la ecuacin de continuidad (conservacin de caudal de material de pieza), por:

V0 = V (velocidad de corte)

3.3.1.3. Clculo del calor generado en la zona de deformacin primaria (Ps).

Ps = Pm - PfSiendo Pm La energa de mecanizado por unidad de tiempo; que viene dada por:

Pm = Fc V

3.3.2. Transferencia de calor en un material en movimiento.

Se considera el elemento ABCD de espesor unitario, a travs del cual el material fluye en la direccin "x" con la velocidad "v" (respecto a la fuente de calor). En la siguiente figura se representan las coordenadas de las esquinas y su respectivas temperaturas:

figura 5El calor se transfiere a travs de los lmites AB y CD por conduccin y por transporte de material, en tanto que a travs de BC y AD slo se transfiere por conduccin. El flujo de calor a travs de las diferentes superficies del cubo elemental es:

Siendo k = conductividad trmica (Potencia / (Long. Temp.)); ( = densidad; y c = calor especfico (Energa / (Peso Temp.)).

Si la fuente de calor es de potencia constante y no hay calentamiento dentro del elemento, el flujo neto de calor hacia el interior del elemento es nulo.

Anlisis tericos (Weiner, Rapier) propiciaron la conclusin de que las condiciones de contorno idneas para obtener la distribucin de temperaturas en el proceso de corte de metales, son las presentadas en la siguiente figura. Se observa que en la zona de friccin, la fuente de calor resultante se extendera alguna distancia dentro de la viruta.

figura 63.3.3. Esquema de la transferencia de calor en el proceso de corte de metales.

3.3.4. Distribucin de temperaturas en el corte de metales.

La siguiente figura representa la distribucin de temperaturas que tiene lugar en corte de acero, donde la velocidad de corte tiene una influencia determinante.

figura 73.4.- Desgaste de herramientas. E "3.4.- Desgaste de herramientas." 3.4.1. Mecanismos de desgaste de las herramientas.

En el corte de metales, el desgaste de las herramientas puede ocurrir por tres formas:

adhesin: Uniones de materiales de la viruta y la herramienta, se producen debido a la friccin. Cuando stas uniones se fracturan, los fragmentos del material de la herramienta pueden ser arrastrados por la viruta o la superficie resultante en la pieza. abrasin: Partculas endurecidas en la viruta, remueven mecnicamente material en cara de la herramienta. difusin: La difusin en estado slido, ocurre cuando los tomos de una red cristalina metlica se desplazan de una regin con concentracin atmica alta a una de concentracin baja. (La difusin aumenta exponencialmente con la temperatura).3.4.2. Formas de desgaste.

Desgaste de cara: por accin de la viruta. Desgaste en el flanco: rozamiento con la superficie generada en la pieza.3.4.3. Criterios de duracin de una herramienta.

La duracin de una herramienta, es el tiempo de corte requerido para alcanzar un criterio de duracin de herramienta. Los criterios recomendados, se representan por formas estandarizadas de desgaste de flanco y cara; considerndose que la herramienta no puede seguir funcionando correctamente cuando alguna dimensin de la forma de desgaste (radio de crter en la cara, o longitud de muescas en el flanco) ha alcanzado una magnitud prefijada (siempre que no se rompa antes).

En la actualidad, y dentro de grandes clulas de fabricacin automatizadas, es importante conocer este dato (que usualmente suministra el fabricante) relativo a la vida media de las plaquitas removibles (que son las usuales en instalaciones automatizadas) para una velocidad de corte dada; ya que de este modo se podr, llegado el momento, sustituirlas de la manera ms eficiente.

Existen ngulos de inclinacin, que para un avance dado, maximizan la duracin de las herramientas.

Las caractersticas mecnicas del material constitutivo de la herramienta, no han de ser iguales para herramientas de filo nico que para una herramienta multifilo. Por lo general las herramientas de corte continuo (filo nico) suelen ser ms duras y ms resistentes al desgaste, mientras que por el contrario las de filos mltiples suelen ser ms resistentes al impacto. 3.5.- Fluidos de corte y acabados superficiales. E "3.5.- Fluidos de corte y acabados superficiales." Los fluidos de corte son usados en el mecanizado de metales con el fin de refrigerar y lubricar, mejorando el proceso de corte en los siguientes aspectos:

Alargan la vida de las herramientas.

Reducen las deformaciones trmicas y la friccin en la pieza de trabajo.

Mejoran el acabado superficial.

Remueven viruta de la zona de corte.

Los fluidos de corte existentes en la actualidad, pueden ser encuadrados en las siguientes categoras:

Aceites no emulsionables con base mineral o aceite de petrleo y que constituyen el mejor lubricante a la vez que el peor refrigerante. Aceites solubles emulsionables en agua con base mineral (o vegetal, en menos casos) y aditivos estabilizantes. Estn presentes en la disolucin resultante con una concentracin en el rango del 3 al 10%. Son baratos y proporcionan buenos resultados como refrigerantes y como lubricantes. Los fluidos sintticos, se conforman a base de compuestos alcalinos orgnicos e inorgnicos con aditivos inhibidores de la corrosin. Se usan diluidos (3 al 10%), y se constituyen como los mejores refrigerantes. Los fluidos semisintticos, que son mezcla de fluidos sintticos y aceites solubles, poseen caractersticas comunes a ambos. 3.5.1. Aplicacin de los fluidos de corte.

Sobre la pieza de trabajo. Chorro directamente aplicado sobre la zona de corte. Fluido de corte atomizado por chorro de aire y aplicado sobre la zona de corte.3.5.2. Efectos sobre el mecanizado.

Las funciones principales son:

Lubricacin a bajas velocidades de corte. Refrigeracin con altas velocidades de corte. Eliminacin de viruta de la zona de corte. Proteger de la corrosin a la superficie resultante.Los fluidos de corte han de ser objeto de un cuidadoso mantenimiento; ello conlleva el control de su "pH", de su contaminacin por parte de aceites hidrulicos y partculas, y la prevencin de crecimientos bacterianos indeseables.

3.5.3. Accin de los lubricantes.

Una capa de lubricacin funciona por la reduccin del rea de contacto metlico ntimo entre superficies. Algunos lubricantes poseen ingredientes reactivos que ofrecen una superficie de proteccin en el deslizamiento por la formacin de una capa slida lubricante (producto de una reaccin qumica entre el lubricante y la superficie del metal) que es eficaz hasta superar su punto de fusin, punto en el que se alcanzan las condiciones de friccin deslizante seca. Es interesante comprobar la influencia que a bajas velocidades de corte presenta la existencia de esta capa sobre el ngulo de friccin "(", ya que ste se ve notablemente disminuido.

El lubricante, en una primera etapa, penetra en la estructura deformada del metal en la zona primaria (siendo ms eficaz para pequeos espesores de corte ac) y en una segunda llega a la interfase viruta-herramienta y reacciona con la capa de viruta recin formada que se encuentra libre de xido (no expuesta an a la accin atmosfrica) 3.6.- Control de la viruta. E "3.6.- Control de la viruta." A baja velocidad de corte, las virutas tienden a ser frgiles y se fragmentan sin causar mayores problemas. Al aumentar las velocidades, hecho debido fundamentalmente a la aparicin de nuevos materiales en la fabricacin de herramientas, se hace necesario controlar la viruta. En el torneado (remocin continua de material) la viruta puede enredarse con la herramienta, la pieza, o los mecanismos de la mquina; resultando peligrosa si no se controla de forma adecuada.

3.6.1. Rompevirutas.

El control y la fragmentacin de las virutas se logra por medio de rompevirutas, que consiste en una modificacin de la cara de la herramienta en forma de ranura o de obstruccin. De todos modos, el uso de rompevirutas puede llegar a reducir la vida de la herramienta, ya que la accin de fragmentacin de la viruta puede volverse ineficiente antes de que la herramienta se halla desgastado de forma notoria.

figura 8

3.7.- Vibraciones en las mquinas herramienta. E "3.7.- Vibraciones en las mquinas herramienta." Las vibraciones durante las operaciones de mecanizado son totalmente nocivas ya que degradan la calidad de las piezas resultantes, al margen de acortar la vida de las herramientas y producir ruido.

La siguiente figura representa un sistema dinmico con un grado de libertad (masa, muelle y amortiguador viscoso):

figura 9Cuando se produce una perturbacin en forma de impulso unitario (((t)), y en ausencia del efecto de amortiguacin viscosa, se obtiene una respuesta como la de la siguiente figura:

figura 10

Evidentemente el caso anterior est idealizado, dado que todo sistema disipa energa. La presencia de un elemento disipador de energa, hace que la respuesta adopte la forma de la siguiente figura:

figura 11( representa el factor de amortiguamiento, cuando el sistema est forzado a oscilar por medio de una fuerza exterior, la respuesta del sistema es tanto ms acentuada cuanto ms cercana sea la frecuencia de esta fuerza externa a la natural del