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CIDEAD. TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I . 3ª EVALUACIÓN.Tema 25.- Conformado por arranque de material.

Desarrollo del tema :

1 Introducción . Procedimientos mecánicos de separación y corte.

2. Máquinas herramientas : taladro, torno y fresadora.

3. Procedimientos térmicos de corte.

4. Otros procedimientos de corte.

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1. Introducción Procedimientos mecánicos de separación y corte.

Son los procedimientos más empleados, ya que son económicos. Entre ellos caben destacar:Técnicas sin pérdida de material o con pérdidas del material.

Sin pérdida de material.- Pueden ser separación por corte o por cizallamiento. En laseparación por corte se realiza sobre materiales blandos y poco grosor, plático, cartón, cuero,tejidos el corte se puede hacer con cutter o cuchillo. Por cizalla se hace mediante tijeras opor cizalla.Técnicas con pérdida de material.- Se puede llevar a cabo con herramientas manuales, comoson la sierra o las limas (escofina) y con las máquinas-herramienta como el taladro, el torno,la fresadora y la rectificadora.Herramientas de corte.- Entre estas herramientas se encuentran las sierras. La sierra estáformada por un bastidor o un mango que sujeta una hoja de acero provista de dientesafilados y cortantes. Se corta con ella la madera, los dientes son mas largos, los metales o losplásticos(sierra de arco), con picos más cortos, o para cortar contrachapado ( sierra demarquetería). La sierra eléctrica, usada como máquina de herramienta, que puede sercircular o de va y ven. La lima es pulir o rebajar las superficies de los diferentes materiales,hasta obtener la forma deseada. La lima está formada por el cuerpo y el mango. Las máquinas-herramienta.En los procesos de fabricación con máquinas-herramienta, se puede realizar unaautomatización informática(CNC) y mediante el CAD – CAM , permite obtener unrendimiento cada vez más alto en el proceso de mecanizado de piezas. Las máquinas-herramientas tienen como objetivo el mecanizado de piezas mediante la extracción departículas del material, hasta obtener la forma y dimensiones deseadas. El sistema demecanizado puede ser:a. Por corte.- La sierra, el taladro, el torno, la fresadora.b. Por abrasión.- Piedra de afilar y rectificadora.c. Por electroerosión.d. Por ultrasonido USMe. Por láser.f. Por agua a presión.Las herramientas de corte utilizadas actualmente en fresadoras, tornos y otras máquinas-herramientas son de acero rápido, suele estar hecho de carburos metálicos o a base de unamezcla de metal y cerámica.Los parámetros fundamentales en las máquinas-herramienta son los siguientes:1. ángulos de corte2. La fuerza de corte.- Es la fuerza con que se debe aplicar una cuchilla para vencer laresistencia a la rotura del material cuando se conforma con arranque de viruta.3. Velocidad de corte es la rapidez con la que la herramienta corta la viruta. Se mide enm/min.

Vc = L longitud enm. t tiempo enminutos

Cuando el movimiento de la máquina herramienta es circular: Vc = ω . R = 2 π f . R = π f D

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siendo D el diámetro(en mm.) y f la frecuencia ( en revoluciones por minuto)

Vc = D f1000

Los factores que influye en la velocidad de corte son: el material de la pieza, para losmateriales blandos se emplean velocidades de corte mayores que los materiales más duros; elmaterial de la herramienta, que debe ser duro, plástico, y resistente al desgaste y al recocido;Sección de las virutas, con velocidades pequeñas, las virutas son grandes y al contrario; duración dela herramienta es el tiempo transcurrido entre dos afilados consecutivos.

3. La potencia de corte.- Es la potencia necesaria en la cuchilla para el avance ydesprendimiento del material se conoce como potencia de corte.

La potencia de corte total Pc = PT + PA

Pc = FC VC = FcVc

60.1000 (kW) =

FcVc60.735

(CV)

Dado que el rendimiento es el cociente entre la potencia de corte (Pc) y la total empleada (P).

η = PcP

, en tanto por cien : η (%) = PcP

100

4. Los tiempos de fabricación.- Existen diversos procedimientos para calcular el tiempo defabricación, mediante el cálculo de costes más exacto, el tiempo que se va a tardar en la fabricación.La mejora del rendimiento, mediante la correcta ordenación en el trabajo. Mejora de laproductividad, se pueden detectar fases defectuosas o innecesarias que se pueden suprimir ocorregir. El tiempo principal es el tiempo de corte o de funcionamiento de la máquina. El tiempoaccesorio, es el tiempo que se consume que no son de corte, por ejemplo conectar o desconectar lamaquina, amordazar la pieza, etc.

6. Máquinas herramientas : taladro, torno y fresadora.

Entre las máquinas-herramientas, se pueden destacar: el torno, la fresadora, la taladradora, lalimadora, la cepilladora .

El torno, es una máquina-herramienta que permite fabricar piezas de revolución, es decir,piezas cuya sección transversal tiene forma circular. Existen cuatro partes fundamentales deun torno:a. Bancada.- Es la parte más robusta y sirve de soporte a todas las demás piezas.b. Cabezal fijo.- Contiene el eje principal, en cuyo extremo van los órganos de sujeción yaccionamiento de la pieza. Por medio de un motor se les imprime el movimiento de giro. c. Cabezal móvil.- Se encuentra en el lado opuesto al cabezal fijo. Se puede desplazargracias a unas guías a lo largo de toda longitud del torno.d. Carro portaútiles.- Lleva la herramienta, a la que comunica el movimiento de avance.El funcionamiento del torno consiste en hacer girar la pieza a lo largo de su eje, al mimotiempo que la herramienta de corte, una cuchilla que arranca el material de forma continua,avanza longitudinalmente con movimiento uniforme. Los movimientos del torno son: de corte, de avance y de penetración o profundidad depasada.

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Las operaciones que se puede hacer con un torno son : el cilindrado de la pieza; elrefrentado, disminuyendo una parte la sección de la pieza; el ranurado, realizando unaranura y el roscado, realizando el roscado en la pieza.La fuerza de corte es la siguiente:

FC = K . S siendo K una constante y S = p . a

p es el paso en mm. y a es el avance, que se expresa en mm/vuelta

FC = K . p . a

La potencia del torno será : P = Pc

= Fc .Vc

=

K . p .a .Vc

El tiempo de mecanizado será: t = La . f

, siendo L, la longitud de la pieza, a el avance de la

herramienta por cada vuelta, en mm y f la frecuencia de giro en r.p.m.Cuando se tornea la pieza varias veces, t´ = N . t , siendo N el número de pasadas.

Para calcular f , frecuencia de giro,

Vc = .D . f

1000

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La taladradora.- La taladradora es una máquina que permite perforar piezas metálicas y nometálicas por medio de una herramienta llamada broca. La broca está fabricada de acerorápido (HSS), en cuyo extremo inferior hay unos extremos afilados, que al girar corta el

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material. En dicho extremo se han realizado sendas ranuras helicoidales que sirven paraeliminar la viruta arrancada. Las brocas son diferentes si se usan para madera, que terminanen forma de pala o corona, para metal o plástico, que son brocas de acero rápido o con aceroal carbón, y para concreto (tabiques), que son brocas de vidia . Para llevar a cabo laoperación de agujereado, se fija la pieza a la mesa o a la base de la columna, mediante unamordaza o entenalla. El agujero ha de ser trazado, con lápiz o rotulador, y marcado con ungranete. Se elige la broca adecuada para cada material y se monta en el portabrocas,sujetándola con una mordaza tipo mandril. Posteriormente se selecciona la velocidad decorte adecuada. Los movimientos de la taladradora son de rotación y avance.Las operaciones que se realizan en el taladrado son las siguientes:1. Perforación.- Puede ser pasante, si atraviesa la pieza o ciego si no la atraviesa.2. Escariado.- Su misión es afinar y ajustar las dimensiones de los agujeros. El acabado esde buena calidad. El escariador es similar a la broca.3. Barrenado.- Consiste en agrandar el agujero previamente realizado.4. Penetrado.- es un barrenado parcial, utilizado para embutir pernos, tornillos deensamble,etc.5. Avellanado.- Consiste en hacer cajas cónicas en lugar de cilíndricas para alojar lostornillos o roblones de cabeza cónica para ocultarlos.6. Recortado.- Se utiliza para ello, brocas de pala o de campana, obteniéndose agujeros dediferentes diámetros.7. Troceado. Recortan el material utilizando taladros secantes.

La velocidad de corte de la taladradora, es función del material que forma la broca como delmaterial que se va a horadar.

La expresión de la velocidad será :

Vc = .D . f

1000, por lo que f (r.p.m.) =

Vc . 1000 .D

Si es una taladradora de columna, la velocidad de giro del motor eléctrico será de f1 y eldiámetro de la polea acoplada a dicho eje será: Φ1 ; la velocidad de giro del eje de la broca será f2 yel diámetro de la polea acoplada será de Φ2 . Según la relación de transmisión, Φ1 . f1 = Φ2 . f2

La sección de la viruta S de una taladradora será :

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S = 2 . a .D2.2

= a .D

2, siendo D el diámetro de la broca (mm.) y

a el avance(en mm. por vuelta). En cada vuelta, el avance será la mitad de a : a/2, al haber doshélices:

La fuerza de corte necesaria será :

FC = K . S = K . a .D

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Y la potencia será :

P = Pc

= Fc .Vc

=

K .D .a .Vc2 .

El tiempo de fabricación, en minutos se expresa mediantela siguiente fórmula :

t = lD3

a . f siendo l la longitud del taladro que se desea realizar (en mm.)

D, el diámetro de la broca (mm.) a el avance de la herramienta por cada vuelta.F la velocidad o frecuencia en r.p.m.

Los taladros pueden ser portátiles o de sobremesa; los portátiles, llevan incorporado unmotor conectado a la red eléctrica para transmitir a la broca una velocidad de giro sobre sí misma .Posee un portabrocas de mordaza tipo mandril y algunos modelos llevan incorporado un selector develocidad, cambio del sentido de giro y dos posiciones para taladro o percutor.

Los taladradores de sobremesa, permiten efectuar agujeros mayores y de superior precisión.Consta de una columna sobre la que se desplaza una plataforma de metal que permite sujetar lapieza, pudiéndose orientar. En la parte superior de la columna se encuentra el dispositivo mecánico,formado por sendos troncos poleas, para ajustar la velocidad; de un tronco poleas, pende el talador yel otro tronco poleas, se acopla el motor eléctrico de la columna. El desplazamiento de la broca serealiza mediante una palanca manual de tres radios, hasta la pieza a perforar.

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La fresadora.- Es una máquina que por medio de una herramienta, denominada fresa, que semueve con un movimiento rotativo, mecaniza superficies de piezas que se desplazan bajo laherramienta con movimiento rectilíneo. Existen dos tipos de fresado: el cilíndrico, cuando eleje de la fresa se dispone paralelamente a la pieza que se desea mecanizar, siendo la fresa deforma cilíndrica y el frontal, el eje de la fresa es perpendicular a la superficie que se deseamecanizar, siendo el acabado más liso.Las partes de una fresadora son las siguientes:1. El cabezal o eje de trabajo, proporciona el movimiento de giro a las fresas mediante unmotor eléctrico.2. El carro o mesa, genera el movimiento horizontal de la pieza. La pieza se sujeta al carro. 3. La base , es la placa que soporta a la máquina.4. El cuerpo o bancada, contiene los dispositivos mecánicos de las guías en dos direccioneshorizontales y sistemas de accionamiento.Los movimientos que realiza una fresadora son el de corte, por la rotación de la fresa,avance, por el desplazamiento rectilíneo de la pieza, y la penetración o profundidad, debidoal movimiento vertical de la pieza.

Las operaciones de una fresadora son las siguientes:

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escarificador


a. El ranurado, con diferentes formas.b. Escuadreo, para trazar ángulos rectos.c. Aplanado, deja la superficie totalmente plana.d. Vaciado, da a un material un volumen de acuerdo a una forma geométrica determinada.e. Perforación; algunos agujeros con forma determinada(achaflanados, refrentados, etc.) hay que hacerlos utilizando una fresadora en lugar de una taladradora.

La fresa es la herramienta cortante de la fresadora. Está provista de dientes rectos ohelicoidales cuyas aristas se distribuyen alrededor de una superficie de revolución. Pueden ser dedientes contados o de cuchillas insertadas. Las fresas dentadas helicoidales respecto a las dentadasrectas, poseen la ventaja de la no vibración ya que cuando una hélice abandona el material, lasiguiente lo ataca de nuevo. Las fresas pueden ser: a. De disco; tienen forma de disco con dientes en la periferia y en las superficies laterales. Se usapara el fresado de tallas y ranuras.b. Fresa cilíndrica; igual que la de disco pero de gran espesor.c. Fresa cilíndrica frontal; tiene dientes en la periferia y en una de las caras.d. Fresa de espiga; posee forma cilíndrica y es estrecha. Se utiliza para el fresado de capasprofundas y estrechas.

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7. Procedimientos térmicos de corte.

En estos procedimientos, el calor es un factor determinante para el proceso de mecanizado.Entre estos sistemas caben distinguir:

Oxicorte.- Es un procedimiento usado para el corte de metales y aleaciones basado en lacombustión del material por la acción de un rayo de oxígeno sobre la línea de corte. Paraello es necesario:1. La oxidación del metal debe ser suficientemente exotérmica para mantener la temperaturade corte.2. La temperatura de inflamación del metal debe ser inferior a la temperatura de fusión, paraque se queme antes de fundirse.3. La temperatura de fusión del óxido formado debe ser superior a la temperatura de fusióndel metal.Estas condiciones sólo se cumplen en el acero al carbono y en algunas aleaciones;

añadiéndose fundentes especiales, en la línea de corte, se pueden cortar metales como el cobre, elhierro de fundición, el aluminio o el acero inoxidable.

El equipo consta de los mismos elementos que en la soldadura oxiacetilénica y el sopletecortador, está provista de una boquilla especial que recibe el rayo de oxígeno antes de que pase porel mezclador del soplete. El conducto del oxígeno dispone de una válvula de apertura y cierre.

El corte se realiza calentando la pieza con el soplete oxiacetilénico y cuando la temperaturaes la adecuada, se abre la válvula de oxígeno y se inicia la rotura desplazando el soplete por la lineade corte.

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Corte por hilo caliente.- Se trata de un alambre metálico a base de una aleación de Ni y Cr,que ofrece gran resistencia al paso de la corriente eléctrica. Este alambre, se calienta alconectarlo a un circuito eléctrico. Se utiliza sobre todo en cortes finos y precisos de plásticostermoplásticos, concretamente para el porexpan (poliestireno expandido).Corte por plasma.- El rayo de plasma se obtiene a partir de gases nobles como el Ar, elnitrógeno o el hidrógeno, que se calientan por asco voltaico de DC. El calentamiento delgas, libera electrones que al unirse al arco en el momento de salir por la boquilla del sopleteforman un rayo de plasma, saliendo a gran velocidad y a temperatura elevada. Se utiliza paracortar materiales con elevado punto de fusión.

8. Otros procedimientos de corte.

Otros procedimientos de corte usados en el mecanizado de las piezas son:1. Por reacción química.- Se trata de un procedimiento químico que consiste en eliminarporciones de un metal a partir de una reacción química. Por ejemplo la desarrollada paraconstruir un circuito impreso:

Cu + H2 O2 + 2 H Cl Cu Cl2 + 2 H2 O2. Por electroerosión.- Es una técnica de mecanizado de los metales que consiste enerosionar la superficie por el efecto de una descarga eléctrica; el electrodo actúa comoherramienta, mientras que la pieza se sumerge en un líquido electrolítico. Se utiliza, porejemplo, para el acuñaciones de monedas, para fabricar moldes, matrices, etc. Las ventajasde la electroerosión son las siguientes:1. Las deformaciones en el proceso son muy pequeñas.2. Se pueden realizar formas complejas en piezas frágiles sin que se rompan.3. Se puede utilizar en materiales muy duros.4. El hilo herramienta que se utiliza para la fabricación de una pieza se puede controlarnuméricamente.

Como inconvenientes caben destacar que ha de hacerse en materiales conductores de laelectricidad y el desgaste sufrido por el electrodo es grande. Gracias a los generadores de impulsos,se puede mitigar este efecto.

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3. Mecanizado por ultrasonidos.- Son una técnica moderna de mecanizado utilizada enalgunas máquinas-herramientas . Se basa en la acción de desgaste que producen unaspartículas abrasivas disueltas en un líquido. Las partículas se proyectan con gran frecuencia,gracias a los ultasonidos que avanzan con una presión controlada hacia la pieza mecanizar.Se puede utilizar esta técnica en todos los materiales sólidos , conductores o no, inclusoduros .4. Mecanizado por láser.- el láser o ampliación de luz por emisión estimulada de radiación,es un dispositivo que genera luz coherente, sin aberraciones, casi monocromática ydireccional, en el espectro que va del IR a los rayos X . La primera aplicación se utilizó en elaño 1962, con la perforación de una hoja de afeitar. Es característico en el láser sucoherencia y el monocromaticidad de la luz que produce una concentración de energía en unhaz muy estrecho. Se orienta la utilización del láser en:1. Aplicaciones que requiera poca energía pero muy controlada como es elmicromecanizado, el ajuste de los componentes.2. Aplicaciones que requieran una gran cantidad de energía en breve espacio de tiempocomo es el tratamiento térmico superficial, soldaduras o cortes de piezas.5. Mecanizado por agua a presión.- Se lanza sobre una pieza, que se va a mecanizar, unchorro de agua muy frío con una gran cantidad de presión (4500 Kg/cm2) . El equipo constade una primera bomba que eleva la presión del agua hasta unos 15 Kg/cm2 ( en la red dedistribución la presión del agua es de 4 a 8 Kg/cm2) y se añaden unos aditivos. El agua seconduce entonces hacia una segunda bomba que eleva la presión hasta el valor necesario yse lanza el chorro de agua a través de una embocadura de zafiro. Se utiliza para el corte debloques de piedra, de material sintético o de tejidos.

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