ingenieria de procesos de mecanizado

8/10/2019 Ingenieria de Procesos de Mecanizado

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Introducción a los procesos de mecanizado 2

La siguiente tabla resume las características de los movimientos que se acaban de definir para los principales procesos de mecanizado:

Tabla 1. Características de los movimientos en las principales operaciones de mecanizado.Movimiento Torneado Fresado Taladrado Rectificado cilínd. Limado Cepillado

CortePIEZA

(Giratoriocontinuo)

HTA.(Giratoriocontinuo)



HTA.(Rectilíneoalternativo)

PIEZA(Rectilíneoalternativo)

Avance principal

HTA.(Rectilíneocontinuo)

PIEZA(Rectilíneocontinuo)

HTA.(Rectilíneocontinuo)

PIEZA(Giratoriocontinuo)

PIEZA(Rectilíneo

intermitente)

HTA.(Rectilíneo

intermitente)

Avancesecundario

---PIEZA*

(Rectilíneocontinuo)

---PIEZA

(Rectilíneoalternativo)

--- ---

De penetración HTA. PIEZA --- HTA. HTA. HTA.

*En los casos en los que se tenga movimiento de avance secundario

2. Consideraciones sobre piezas y herramientas

En este apartado se va a pasar revista a las características de las piezas y de las herramientas que pueden influir más directamente en el proceso de corte y, en particular, a los materiales con que

habitualmente se fabrican.

Piezas

Las piezas que van a ser sometidas a un proceso de mecanizado puede provenir de fundición,estampación, de mecanizados previos, o se puede partir directamente de una preforma. Lamaquinabilidad de un material representa la capacidad que éste tiene para ser mecanizado. Dependede muchos factores tales como:

1. La composición química del material de la pieza.2. Su microestructura.3 Las inclusiones que contenga




1. Aceros al azufre. Los aceros al azufre de fácil mecanización contienen de un 0,20% a un 0,30%de azufre y, además, deben contener un mínimo de 0,60% de manganeso para que puedanformarse inclusiones de sulfuro de manganeso. Las velocidades del corte empleadas al

mecanizar los aceros al azufre pueden llegar a ser doble que la de los aceros del mismocontenido de carbono.2. Aceros al plomo. Los aceros al plomo deben contener, por lo menos, un 0,15% de este metal

para obtener mejoras apreciables en la mecanización, siendo el porcentaje más utilizado de 0,15a 0,30. Los contenidos de carbono deben ser inferiores a 0,50 %. El plomo no modificasensiblemente las características mecánicas del acero, y sólo se nota una pequeña disminuciónde la tenacidad en caliente y la templabilidad.

3. Aceros al fósforo. El fósforo en porcentajes de 0,10 a 0,20, se emplea como elemento deadición a los aceros de bajo contenido de carbono para elevar su maquinabilidad.

Las fundiciones, a causa de su mayor contenido en carbono y acritud, dan virutas cortas, quedificultan el enfriamiento en la zona de corte y obligan a trabajar con menor velocidad. Por estarazón la fundición maleable se trabaja mejor que la dura.

Las aleaciones no férreas presentan mejor maquinabilidad. Las de aluminio y magnesio semecanizan muy bien (unas 20 veces mejor que los aceros al azufre ya mencionados). Sólo sicontienen silicio, cobre o manganeso desgastan mucho el filo, por lo que se aconseja usarherramientas de metal duro. Las aleaciones de magnesio se trabajan extraordinariamente bien acualquier velocidad. Los bronces y latones se mecanizan con una gran facilidad (cuatro veces mejorque los aceros al azufre), disminuyendo su capacidad de mecanizado con el aumento de contenidode cobre. Las aleaciones a base de cinc y níquel tienen buena maquinabilidad y, al adicionarlesazufre, se aumenta.

Herramientas

Elegir el material para la fabricación de una herramienta es uno de los problemas más difíciles deresolver en la determinación de un proceso de mecanizado; ya que, un mismo material empleado

bajo diferentes condiciones puede dar lugar a muy distintos resultados.

No obstante, a continuación se muestran algunos de los aspectos más importantes a valorar a la hora




9. Diamantes naturales10. Diamantes sinterizados policristalinos

Figura 2.Variación de la dureza frente a la temperatura para los materiales más usados en lafabricación de herramientas.

Las herramientas se pueden caracterizar, además de por el material empleado en su fabricación, porla forma en que están construidas y por el número y manera de actuar sus filo de corte. Por su

construcción, puede hablarse de herramientas enterizas, con plaquitas soldadas o con plaquitas defijación mecánica. Por el número y manera de actuar sus filos puede hablarse de herramientas confilos de corte en contacto continuo y de contacto intermitente. El primer tipo puede dividirse a suvez en herramientas de un solo filo (torneado, limado, cepillado) y de dos filos (broca helicoidal).Mientras que el segundo en herramientas de varios filos (fresas y brochas) y herramientas con unú i d fi id d fil ( l d ifi d b ñi )




Figura 3. Torno paralelo

Bancada o bastidor: es el órgano resistente principal del torno, soporta los restantes elementos de lamáquina y su parte inferior está cimentada o apoyada en el suelo del taller. Debe poseer grandesdimensiones a fin de ofrecer una elevada rigidez estática y dinámica. Suele ser de fundición (aunqueen ocasiones se construye de acero soldado), aligerado de material en su interior y reforzado conriostras y nervaduras. Después de su construcción global y antes del mecanizado de las guías,soportes de guías asientos de cojinetes etc debe ser tratada térmicamente la bancada a fin de

Contrapunto ocabezal móvil

Husillo de roscar

Cabezal fijo

Husillo de cilindrar

Bancada o bastidor

Carro portaherramientas

Plato universal




Dispositivos auxiliares: de lubricación de la máquina y de aplicación del fluido

Además del torno horizontal cabe mencionar los siguientes tipos de tornos: vertical, al aire, torno,copiador, revólver, automático por levas, automático multihusillo, de control numérico.

El torno vertical recibe tal denominación por ser vertical el husillo del movimiento principal y, portanto, vertical el eje de la pieza que se mecaniza. Los restantes órganos de este tipo de máquina seadaptan a esta condición definitoria. Este torno surgió con el fin de posibilitar el mecanizado de

piezas de gran diámetro, poca longitud y peso considerable, tales como volantes, ruedas y coronas

de gran diámetro. La carga y descarga de la pieza, así como su fijación y centraje correcto serealizan en este torno con una mayor rapidez y seguridad que en tornos de disposición horizontal.Además, es más rígido en el caso de piezas de masa muy elevada; esto en ocasiones se ve mejorado

por el hecho de ir el cabezal enterrado y cimentado adecuadamente. La parte del bastidor quesoporta el carro portaherramientas puede ser de columna o de pórtico y puede no tener una unidadestructural directa con el cabezal y accionamiento principal. A fin de evitar manipulaciones con

piezas de gran tamaño y peso suele disponer, como accesorio, de cabezales autónomos, esto es, conmotor de accionamiento incorporado, de taladrar y de rectificar.

Para el mecanizado de piezas de gran diámetro, poca altura y masa no excesiva se emplea el tornode aire; de husillo horizontal, gran escote y bancada para soporte del portaherramientas muy baja yseparada de la bancada del cabezal y accionamiento principal. Su empleo está disminuyendo, siendosustituido por tornos verticales.

Herramientas

Las herramientas de torno con plaquita de fijación mecánica constan de los componentes básicos: el portaherramientas (también denominado mango) y la plaquita. La plaquita suele ser de metal duro(con o sin recubrimiento) o de cerámica. Existen designaciones normalizadas para los mangos y las

plaquitas de fijación mecánica.

Portaherramientas o mango




Figura 5. Código de designación de las plaquitas,

4. Fresado

El nombre genérico de fresado se emplea para designar el conjunto de operaciones de mecanizadoque pueden efectuarse en una máquina-herramienta denominada fresadora. Es, junto con eltorneado, uno de los procesos de mecanizado más empleado. En él, el movimiento principal es derotación y lo lleva la herramienta o fresa. Los movimientos de avance y penetración son

generalmente rectilíneos, pudiendo llevarlos la herramienta o la pieza según el tipo de máquina-herramienta y la operación realizada. El fresado permite mecanizar superficies planas, ranuras,engranajes e incluso superficies curvas o alabeadas.

La máquina-herramienta específicamente concebida para la realización de procesos de fresado es la




la clasificación de las mismas, tal como se contempla en la norma UNE 16224:1981 sobreTerminología de las fresas. Las fresas cuentan con cuerpo y con sistema de fijación y arrastre.

Atendiendo a su construcción el cuerpo de las fresas puede ser: enterizo, con plaquitas soldadas,con plaquitas intercambiables de fijación mecánica, con cuchillas enterizas intercambiables y concuchillas intercambiables de plaquitas soldadas.

En el cuerpo de las fresas cabe considerar las siguientes características: tipos de dentado, forma delos dientes, forma de las aristas de corte, paso del dentado y sentido del corte. A continuación seindican las posibilidades que, para cada una de estas características, recoge la normativa

considerada.Tipo de dentado

Recto

Helicoidal aderechas

Helicoidal aizquierdas

Helicoidalalterno

Forma de los dientes

Triangular

En arco

En arco con bisel

Fresado y afilado

De perfil constante

Paso del dentado

Regular o uniforme

Sentido de corte

Corte a derechas (movimienten el sentido de las agujas de

reloj para un observadorsituado en el lado de arrastre





Por su parte, el sistema de fijación y arrastre puede basarse en la existencia de mango o de agujeros,teniéndose para ambos casos las siguientes variantes:

Figura 8. Principales tipos de fijación y arrastre de las fresas

Utillajes de fresado

Con mango Con agujero

Cilíndrico liso Agujero liso

Cilíndrico con planode arrastre

Agujero con agujerosde arrastre

Cilíndrico con rosca Agujero con chavetero

Cono Morse conagujero roscado

Agujero con ranuratransversal

Cono Morse conagujero roscado y plano de arrastre

Agujero con montajedirecto sobre nariz de

husillo

Cono Morse conlengüeta de arrastre

Agujero para centrarcon rosca

Cono Morse conlengüeta de arrastre y

chavetaAgujero cónico

Cono ISO con agujeroroscado

I t d ió l d i d 11




Figura 9. Aparato de división directa.

El otro tipo de utillajes más ampliamente extendido en el fresado son los conos de acoplamientoherramienta/máquina-herramienta. Las conicidades empleadas en el acoplamiento de herramientasgiratorias (fresas y brocas, principalmente) al husillo de la máquina-herramienta son: cono Morse,cono ISO 7/24 y cono Jacobs. En todas ellos la conicidad en tanto por ciento viene definida por:

100% ⋅

−

=

L

Dmenor Dmayor Conicidad

La conicidad tipo Morse tiene 7 números normalizados (del 0 al 6) y se define por un valor deldiámetro coincidente con la mayor sección del cono o con una sección próxima a ella; acontinuación se indican los valores de los conos Morse:

Tabla 2. Valores de los conos tipo Morse.Cono Morse Diámetro de referencia (mm) Conicidad (%)

0 9.040 5.201 12.065 4.982 17.780 4.99

-3- 23.825 5.02-4- 31.267 5.19

-5- 44.399 5.26-6- 63.348 5.21

La conicidad ISO o 7/24 tiene 10 tamaños designados, de menor a mayor, por los números: 30, 40,45 50 55 60 65 70 75 80 A dif i d l M i id d i bl





La conicidad Jacobs, de empleo casi exclusivo en acoplamientos para portabrocas, es un sistema deconicidad variable cuyos tamaños son:

Tabla 4. Valores de los conos tipo Jacobs.Cono Jacobs Diámetro referencia (mm) Conicidad (%)

0 6.350 4.9291 8.469 7.709

2 corto 13.940 8.1552 14.199 8.155

33 15.850 6.3506 17.170 5.191

3 20.599 5.325(4)* 28.550 5.240(5)* 35.890 5.183

*Los valores entre paréntesis deben evitarse en lo posible

El portaherramientas deberá tener el mango con conicidad igual a la del husillo de la máquina y conidéntico número; en caso de no ser así, existen casquillos de adaptación entre distintos tamaños de

un mismo tipo de conicidad así como adaptadores 7/24-Morse. Los números de los conos Morse eISO que están entre guiones son los que corresponden a los tamaños más empleados en husillos defresadoras, mandrinadoras y taladradoras.

A continuación se facilitan los croquis porta-fresas de arrastre por tetones, con mango cónico 7/24 yMorse según las normas UNE.





5. Taladrado

El taladrado o mecanizado de agujeros tiene lugar, preferentemente, en máquinas taladradoras y

está caracterizado por el hecho de ser la herramienta la que lleva el movimiento principal (de giro) yel de avance.Las máquinas taladradoras pueden clasificarse, según la posición del husillo, en horizontales(mandrinadora y taladradora para agujeros profundos) y verticales y, según su accionamiento deavance, en manuales y con avance automático.

Las más usuales son las verticales y admiten la siguiente división: de columna o montante; de

sobremesa; de bandera o radial; de herramientas múltiples monohusillo, revolver o de torreta; dehusillo múltiple y de precisión o máquina punteadora

La taladradora de columna tiene el armazón en forma de columna (C) empotrada en su parte inferioren una placa de base (B) sobre la que pueden sujetarse las piezas grandes por medio de las ranurasen (T) que posee dicha base. Para soportar piezas de tamaño medio y pequeño, existe además la

mesa de trabajo (M), que suele poder girar alrededor de la columna y también desplazarse en altura.



nt oducción a los p ocesos de mecanizado 15

Figura 14. Geometría típica de una broca

Según puede apreciarse en ella, el arranque lo efectúan las aristas de corte (A), el filo o aristatransversal (B) que une los extremos de las aristas de corte no arranca material, sino que comprime

el material del centro del agujero provocando una indentación cuyos resaltes laterales se sitúanfrente a los filos de corte. La designación usual de los restantes elementos de la broca se facilitan acontinuación:

α : ángulo de incidencia β : ángulo de filo

γ : ángulo de desprendimientoψ : ángulo de la puntaϕ : ángulo del filo transversalC: cara de incidenciaD: faja de guía o labio




Figura 15. Geometrías típicas del cuerpo de las brocas

Una mayor descripción de los elementos constituyentes de las brocas se tiene en las normas UNE16121:1967 Brocas helicoidales. Definiciones y clasificación, UNE 16122:1985 Brocas

helicoidales con mango cilíndrico. Serie extra-corta, UNE 16123:1985 Brocas helicoidales con

mango cilíndrico. Serie corta, UNE 16124:1967 Brocas helicoidales. Mango cilíndrico. Serie larga

y UNE 16125:1985 Brocas helicoidales con mango cónico morse normal.

6. Rectificado

Introducción

Los abrasivos son unos materiales de gran dureza que, en forma de granos sueltos o aglomerados, se

emplean para la limpieza o conformación de toda clase de materiales. La forma más habitual detrabajar es frotar la superficie de la pieza con ellos o proyectarlos en forma de chorro sobre lamisma. De este modo, los diminutos cristales que los forman arrancan partículas del material. Estas

partículas se diferencian de las virutas, vistas anteriormente al exponer los procesos de mecanizado por arranque de viruta, en que no tienen forma definida y son de tamaño mucho más pequeño (del



Figura 16. Rectificadora cilíndrica de exteriores.

A: Bancada.B: Mesa portapiezas, deslizable longitudinalmente sobre guías.C: Cabezal portapiezas que sujeta y da movimiento de giro a la piezaD: Cabezal portamuelas que contiene el husillo y los órganos que transmiten el movimiento. El

cabezal está montado sobre el carro portamuelas que desliza sobre guías, transversalmente ala bancada.

E: Contrapunto o cabezal móvil.F: Muela.G: Protección de la muelaH: Grifos de refrigeranteI: Manivela para el movimiento longitudinal de la mesa.L: Palanca de mando.

M: Inversor del movimiento de la mesa. N: Topes para la inversión del movimiento de la mesa.O: Cuadro de mando para los motores.P: Manivela de mando.Q: Palanca para el desplazamiento rápido automático del carro portamuelas.




Por su parte, las rectificadora cilíndrica de interiores se emplean para rectificar superficiescilíndricas interiores (agujeros) y superficies planas en las extremidades de las piezas. En este caso,los movimientos relativos entre pieza y herramienta son:

Movimiento de corte por rotación rápida de la muela y lenta de la pieza sentido contrario. Movimiento de avance por desplazamiento alternativo de la pieza o de la muela. Movimiento de penetración por desplazamiento transversal de la muela.

Figura 18. Movimientos relativos entre muela y pieza en el rectificado cilíndrico de interiores.

Otras rectificadoras ampliamente empleadas en la industria son: la rectificadora cilíndrica universal y la rectificadora sin centros. La rectificadora cilíndrica universal presenta una gran versatilidad yaque puede equiparse con accesorios que le permiten realizar tanto rectificados planos comocilíndricos, exteriores e interiores, afilado de herramientas entre otros. La rectificadora sin centrosutiliza dos muelas girando en el mismo sentido de rotación pero con velocidades periféricas

diferentes. Como consecuencia del efecto de frenado que efectúa la rueda que gira más despacio,denominada muela de avance, la pieza recibe un movimiento lento de giro o avance cilíndrico.




1. La naturaleza del abrasivo: generalmente son artificiales. Poseen una nomenclatura reducida enlas normas ISO en forma de una letra mayúscula. Los más importantes son: corindón artificial(A) y carborundum (C).

2. El tamaño de grano del abrasivo: la granulación es decisiva para la calidad del acabadosuperficial. Cuanto más pequeño sea el grano mejor acabado puede obtenerse sobre todo de altasvelocidades de trabajo.

Figura 20. Tamaños de granos de abrasivos y tamices.

El tamaño de los granos se denota con números que corresponden a la cantidad de agujeros por

pulgada de longitud que posee la última criba a través de cuyas mallas pasan dichos granos, esdecir, un número pequeño corresponde a grano grueso y un número grande a grano fino.

Tabla 6. Clasificación de los granos de abrasivo en función de su tamaño.

Grueso 8 10 12 14 15 20 24Medio 30 36 46 54 60Fino 70 80 90 100 120 150 180Muy fino 220 240 280 320 400 500 600

3. El grado de dureza de la muela: esta es una magnitud que tiende a expresar la resistencia mediaque opone cada grano a ser arrancado del aglomerante. Se indica con una letra mayúsculaatendiendo a la siguiente escala mostrada en la siguiente tabla.

Tabla 7. Designación de los granos de abrasivo en función de su grado de dureza.

Muy blanda A B C D EBlanda F G H I J




a) b)

Figura.35. Estructura: a) cerrada; b) abierta

Las distintas estructuras se designan en el sistema ISO con un número del cero al catorce comomuestra la siguiente tabla.

Tabla 8. Designación de las muelas en función de su estructura

5. La naturaleza del aglomerante: en la fabricación de muelas se usan principalmente seis tipos deaglomerantes o aglutinantes: vitrificado, silicado, goma, laca, resinoide, caucho y metálico. Losaglomerantes vitrificados se obtienen mediante la fusión de materiales cerámicos principalmentearcillas y feldespatos. Los de silicato constan esencialmente de silicato de sodio endurecido

mediante horneado. En este caso, la muela se comporta como si fuera más blanda que en el casode aglomerantes vitrificados. Los aglomerantes resinoides son compuestos plásticos fuertes peroflexibles y se emplean en la fabricación de gran tamaño. Los de caucho son caucho vulcanizadoduro y se usan en la manufactura de muelas delgadas y flexibles. Los aglutinantes de goma lacase usan en muelas empleadas en la producción de acabados lisos sobre superficies duras y losmetálicos se usan en muelas con abrasivos de diamante. La designación de las muelas en función

del tipo de aglomerante se ha recogido en la siguiente tabla.

Tabla 9. Designación de las muelas en función del tipo de aglomerante

Cerrada 0 1 2 3 4 5 6

Media 7 8Abierta 9 10 11 12 13 14

Aglomerante DesignaciónVitrificado V




Tabla 10. Designación de las muelas.51 A 30 P 9 V K4

Identificación del fabricante Aglomerante vitrificado

Estructura o grado de porosidadGrado de durezaTamaño de grano

Naturaleza de abrasivoSímbolo del fabricante

Además de los parámetros vistos, hay dos más que son: las dimensiones y la forma de las muelas.Las dimensiones características de las muelas suelen venir expresadas en mm y son: el diámetroexterior de la muela (D), el espesor de la muela (S) y el diámetro del agujero (d). A estasdimensiones fundamentales pueden añadirse otras tales como el diámetro del rebaje (D1) o la

profundidad del rebaje (P), como el ejemplo mostrado en la figura.

Figura 21. Dimensiones de las muelas

La forma de las muelas depende del mecanizado a que se las destina y de la morfología de la pieza a mecanizar. Las formas de la muela más empleadas son las siguientes



Los elementos fundamentales de una limadora son:

A: Bastidor o bancadaB: MotorC: Cambio de velocidadesD: Palancas de cambio de velocidadesE: CarneroF: Guías de deslizamientoG: PortaherramientasH: Tambor graduado para la inclinación del portaherramientasI: Limitador de la carrera de trabajo

K: Manivela para regular la altura de la herramientaL: Carro verticalM: Guías verticales para L

N: Mesa portapiezasO: Guías horizontales para NQ: Soporte para NS: Guías para regular altura de N




Los trabajos más corrientes de limado son los siguientes:

Planeado o aplanado. Es el más usual y su misión es mecanizar superficies planas. Según la posición que adopte la superficie que se trabaja con respecto al plano de la mesa, se clasifican en planeado:

− Horizontal. La pieza se sujeta a la mesa y se ajustan el recorrido de la herramienta y la profundidad de corte. El avance, que se desplazando la mesa, puede ser manual o automático.

− Vertical. El avance se hace a mano desplazando verticalmente el carro portaherramientas quedebe colocarse con la inclinación adecuada para que pueda levantarse la herramienta durante el

retroceso y no deteriore la superficie que se está mecanizando.− Inclinado. Se da al portaherramientas la inclinación adecuada y se comunica el avance a mano.

Mecanizado de superficies cilíndricas. Estas, a su vez, pueden ser: cóncavas o convexas. Lascóncavas se mecanizan girando al portaherramientas para conseguir el avance circular mientrasque, en las convexas, es la pieza la que sufre al final de la carrera de retrocesos un pequeño

movimiento de rotación cuyo arco equivale al avance.

Mecanizado de superficies cónicas. Se ejecuta como en el caso anterior salvo que ahora hay quecolocar la pieza de forma que su eje quede inclinado el ángulo correspondiente a la conicidaddeseada. De esta forma la trayectoria de corte de la herramienta coincide con la generatriz delcono.

Mecanizado de ranuras. Se consigue con herramientas de forma adecuada según el tipo de ranuraque se desee obtener.

Mecanizado de superficies con un perfil determinado. Se consiguen combinando manualmente yde forma adecuada tanto el avance como el desplazamiento del portaherramientas en sentidovertical o inclinado.

Cepillado

La obtención de superficies planas en las limadoras está limitada a las piezas de pequeñasdimensiones (recorrido máximo de la herramienta 1000 mm) puesto que, si son elevadas, al final




La figura muestra un tipo usual de cepillo de tamaño medio (longitud de la mesa, l=3 m). En ella podemos distinguir los siguientes elementos:

Figura 27. Cepillo A: Bancada.B: Guías horizontales para el deslizamiento de la mesa portapiezas.C: Mesa portapiezas.D: Montante doble con traviesa superior, donde se disponen las guías verticales opara el

deslizamiento del puente portaherramientas.E: Puente portaherramientas.

F: Cabezales portaherramientas con desplazamiento horizontal.G: Vástago para el movimiento de avance.H: Tambor graduado para la inclinación del portaherramientas.I, L : Topes para la regulación de la carrera de la mesa.M: Palanca para la inversión automática del movimiento de la mesa.

Mortajado o limado vertical

El mortajado es similar al limado. Se diferencian en que el movimiento de la herramienta de cortees vertical. Por lo general, el mortajado se emplea para el mecanizado lineal en el interior de




Los elementos fundamentales de una mortajadora como la mostrada en la siguiente figura son:

Bastidor de fundición con dos guías en la parte superior para facilitar el desplazamiento del cabezaly otras en la parte inferior para el movimiento de la mesa.

Cabezal portaherramientas que puede inclinarse mediante giro en un plato vertical y al que se leimprime un movimiento rectilíneo alternativo mediante un mecanismo de biela-manivela o de brazooscilante como en las limadoras. Este último permite la regulación de la posición inicial y final de laherramienta y la carrera de trabajo así como la obtención de una velocidad de retroceso más rápidaque la de trabajo.

Mesa portapiezas, capaz de deslizarse longitudinalmente y transversalmente sobre un carro. El cuál,a su vez, puede desplazarse verticalmente y regular la altura. En la mayoría de las mortajadoras lamesa portaherramientas es giratoria y puede accionarse mediante un aparato divisor con lo que seobtienen giros precisos.

Figura 29. Mortajadora.




Figura 30. Movimientos del proceso de brochado.

El brochado puede realizarse tanto en superficies interiores como exteriores. El interior fue el primero que se empleó y el más usual. Se utiliza en las fabricaciones en series de piezas que precisan orificios con una gran variedad de formas

Figura 31. Tipología de piezas obtenidas por brochado

La operación se realiza comunicando a la brocha un movimiento de corte, para lo cual se le hace

pasar a través de un orificio previamente practicado en la pieza. A su paso los dientes van atacando progresivamente a todo, o parte, del perímetro del orificio de partida. Las brochas para interioresestán formadas por una barra de acero rápido, con un cuerpo provisto de numerosos dientescortantes en su periferia, convenientemente distanciados y capaces de reproducir el perfil que sedesea obtener. Entre cada dos dientes consecutivos existe un hueco o vano donde se va acumulandola viruta arrancada por cada uno de ellos.




Las brochas se diseñan para que trabajen simultáneamente un mínimo de tres filos. El parámetro i oincremento por diente (radial o transversal) toma distintos valores a lo largo de la brocha:

i ≈ 0,25 mm en la zona de desbaste i ≈ 0,05 mm en la zona de acabado y rascado (escariado rectilíneo) i ≈ 0,05 mm en la zona de calibrado (bruñido rectilíneo)

Tradicionalmente las brochas eran enterizas de acero rápido pero, dado el coste elevado de las degran tamaño se está evolucionando hacia diseños de brochas provistas de cuchillas o lamas postizascon plaquitas de metal duro. Últimamente, se están desarrollando diseños basados en un cuerpo

sobre el que se montan plaquitas de fijación mecánica. Generalmente, las brochas son herramientasespeciales y requieren diseños específicos para cada utilización.

Las máquinas destinadas a realizar las operaciones de brochado se denominan brochadoras y sólodisponen del movimiento de corte rectilíneo por lo que son de construcción muy simple. Pueden serverticales y horizontales. Las segundas se emplean con mayor frecuencia para los brochados

interiores; las verticales para el perfilado tanto de superficies interiores como exteriores. Elmovimiento de trabajo se obtiene por medio de un mecanismo de vástago dentado o más frecuente, por accionamiento oleodinámico.




Figura 34. Geometría de la herramienta monofilo.

La piezas se pueden limarse y cepillar tanto con el avance a derecha como a izquierda. En el primercaso, la herramienta presenta el filo a la derecha mientras que en el segundo a la izquierda. Algunasherramientas tienen los filos simétricos y, por lo tanto, pueden trabajar a derechas y a izquierda:

Figura 35. Avance a derechas y a izquierdas

Las herramientas pueden ser rectas, de cuello de cisne, curvadas y especiales, como en el caso delas herramientas de ranurar




Figura 37. Colocación de la herramienta de mortajar

Debido a que una gran parte de las operaciones de mortajado son de tipo ranurado con secciones deforma específicas (chaveteros, ejes acanalados, agujeros acanalados, etc.) las herramientas demortajar suelen ser herramientas de formar. Las herramientas pueden ser rígidas que se utilizan encabezales portaherramientas oscilantes, por lo que pueden ser más robustas y oscilantes que las quese utilizan en máquinas de cabezal portaherramientas fijo.

a) b) c) d)

Figura 38. Herramientas de mortajar: a) en desbaste; de perfilar; c) de chavetear; d) oscilante.



Fundamentos

del

corte 2

E l l i i d i i l l l id d d



En los casos en que el movimiento de avance sea intermitente o en los que la velocidad de avancesea muy pequeña con respecto a la de corte, se puede considerar que la velocidad efectiva coincide

aproximadamente con la de corte, V V e ≅ .

Figura 2. Velocidades de los movimientos relativos entre pieza y herramienta.

La unidad más correcta para la expresión de las velocidades de los procesos de mecanizado es elmetro por segundo [m/s]. Sin embargo, habitualmente se emplean como unidades el metro porminuto [m/min], para la velocidad efectiva y la de corte, y el milímetro por segundo [mm/min] parala de avance ya que, dichas unidades se adaptan mejor a las magnitudes de las mismas y, además,

son de uso tradicional en talleres y catálogos. De todos modos es recomendable proporcionar suscorrespondientes valores en m/s entre paréntesis.

También suele ser habitual, en el torneado, el taladrado y en los procesos de mecanizado conmovimiento de avance intermitente, expresar los avances en milímetros por doble carrera[mm/doble carrera] o en milímetro por revolución [mm/rev].

2. Análisis geométrico del modelo de corte ortogonal

2.1. Modelos de corte

Ve

Va

Vc

Fundamentos del corte 3



El ángulo que forma la perpendicular a la dirección del movimiento principal con la arista de corterecibe el nombre de ángulo de inclinación λ . Cuando dicho ángulo es recto, λ =90º, el modelo decorte se conoce como corte ortogonal o plano, mientras que para λ ≠90º el modelo se denomina de

corte oblicuo o tridimensional.En general, los procesos de mecanizado siguen el modelo de corte oblicuo. Es más, la arista a lolargo de la que se produce el corte no suele estar contenida en el plano correspondiente a lasuperficie mecanizada sino en el relativo a la superficie en curso de mecanizado como se muestra enla siguiente figura donde el ángulo de inclinación, λ , está en el plano que contiene a la superficiemecanizada mientras que los ángulos χ

r 1 y χ

r 2 están en el plano perpendicular al movimiento de

corte.

Figura 4. Posicionamiento relativo pieza-herramienta más habitual en la práctica.

Sin embargo, por su mayor sencillez de cálculo y porque el ángulo de inclinación se aproxima

bastante al valor de corte ortogonal se suele hacer el análisis de los procesos de mecanizado bajo lahipótesis de corte ortogonal.

2.2. Formación y tipos de viruta

Herramienta

Pieza

Va

λ

Viruta

χ r 1

χ r 2

Fundamentos

del

corte 4

2h



1

2

h

h=ξ

siempre mayor que la unidad. En ocasiones es sustituido por el factor de corte o factor inverso

de recalcado dado por r c = 1/ ξ . Simultáneamente se produce un acortamiento de la longitud de la viruta (l2<l1) como

consecuencia de la conservación de volumen que caracteriza a todo proceso de deformación plástica:

2

1

1

22211

l

l

h

hlbhlbh =⇒=

El material de la pieza va a influir muy directamente en la forma de la viruta. Los principales tiposde viruta son:

a.

Discontinua o fragmentada: está constituida por trozos fragmentados de corta longitud. Apareceen el mecanizado de materiales frágiles o materiales dúctiles a bajas velocidades. La superficie

de contacto entre la viruta y la cara de corte de la herramienta es muy pequeña. b.

Parcialmente fragmentada: es similar a la anterior, pero ahora los trozos quedan unidos entre sí.c.

Continua: se produce cuando se dan ciertas condiciones de estabilidad en la zona de cizallamientodonde tiene lugar la deformación plástica. Aparece en el mecanizado de materiales tenaces a altasvelocidades. En este caso puede ser fraccionada mediante “rompevirutas” o “arrolladores de viruta”que se fundamentan en la fragilidad del material de la viruta.

d.

Onduladas: se producen incluso con materiales tenaces cuando se dan condiciones de

inestabilidad en el flujo plástico como consecuencia de vibraciones en piezas y herramientascon la consiguiente variación en el coeficiente de rozamiento entre las mismas.

e.

Continua con filo adherido o aportado: este tipo de viruta aparece cuando, debido alrozamiento, parte de la viruta queda adherida a la herramienta mediante microsoldaduras enforma de capas actuando como prolongación del filo de corte. Su permanencia durante elmecanizado va a influir en las fuerzas implicadas, en el acabado superficial o en la duración dela herramienta. Es propio del mecanizado de materiales dúctiles cuando se aumenta la

velocidad (pero aún dentro de la zona de bajas velocidades).

En la siguiente figura se han recogido los principales tipos de viruta descritos.

1. Cinta 2. Tubular 3. Espiral cónica 4. Helicoidal plana 5. Helicoidal cónica 6. En arco

Fundamentos

del

corte 5

2 3 E t di d l ió l l i t d t



2.3. Estudio de la sección normal a la arista de corte

Si se considera el caso de corte ortogonal, en una sección cualquiera de la pieza y la herramienta perpendicular a la arista de corte se tendrá una situación como la mostrada en la siguiente figura. Lacara Aγ se denomina cara de desprendimiento y es sobre la que desliza la viruta. La cara Aα es lacara de incidencia y queda siempre frente a la superficie mecanizada. La cara de desprendimientoforma con el plano normal a la superficie de la pieza que está siendo mecanizada un ángulo γ denominado ángulo de desprendimiento. La cara de incidencia, por su parte, forma con la superficieque ya ha sido mecanizada un ángulo α denominado ángulo de incidencia. Entre ambas caras, Aγ y Aα , se materializa el ángulo β denominado ángulo de filo o de corte. En la figura también puedeidentificarse el ángulo de deslizamiento, ϕ , que identifica el plano sobre el que desliza la virutadeformada.

α

β

γ

ϕ

Ο

Α

h1 h2

Pieza

Herramienta

Va

Αγ

Αα



Fundamentos

del

corte 7

Ángulo de posición : es el ángulo formado por la arista de corte y la dirección de la velocidad de



Ángulo de posición r: es el ángulo formado por la arista de corte y la dirección de la velocidad deavance.

Figura 7. Sección normal a la velocidad de corte.

Además, pueden definirse y establecerse los siguientes parámetros y relaciones entre ellos:

Sección de la viruta no deformada, A1: sección de material perpendicular a la dirección de lavelocidad de corte que va a ser eliminada. Se cumple que:

111 hb pa A ==

además, entre el avance y el espesor de viruta no deformada puede plantearse la siguiente relación:

r asenh χ =1

T bié d d fi i l l d t i l li i d id d d ti d l

χ r

a

b1

h1

p

Pieza

Herramienta

V

Fundamentos

del

corte 8



Figura 8. Velocidades en las proximidades del filo de la herramienta.

γne

ϕ

Pieza

Herramienta

Ve

Αγ

Αα

Vs

Vv

Análisis de los procesos de mecanizado 1

3.- Análisis de procesos de mecanizado



p

1. Introducción

En esta lección se dan las claves para poder realizar un análisis preliminar de los principales procesos de mecanizado. Concretamente, se revisan de las operaciones básicas realizadas en los

procesos de torneado, fresado y taladrado y las expresiones que ligan los parámetros y variables que

intervienen en ellas. Asimismo, se muestran las expresiones empleadas habitualmente en la

estimación de las fuerzas de corte y de la potencia involucradas en dichos procesos.

2. Procesos de torneado

El torno permite obtener, básicamente, piezas con simetría de revolución aunque también es

posible, mediante determinadas operaciones, obtener superficies planas. En el torneado, el

movimiento principal es de rotación y lo lleva la pieza, mientras que los movimientos de avance y

penetración suelen ser rectilíneos y los lleva la herramienta.

Los ejes, habitualmente usados en las operaciones de torneado, son Z según el eje de rotación de la

pieza y X paralelo a la bancada y perpendicular a Z. El eje Y se define formando un triedro a

derechas con los anteriores.

Las principales operaciones que pueden realizarse en un torno son: cilindrado, refrentado, roscado,

ranurado, taladrado y moleteado. En la siguiente figura se ha representado la configuración típica

pieza-herramienta de cada una de ellas así como la dirección de la velocidad de avance.

Seguidamente, se analizarán con mayor detalle cada una de estas operaciones y se darán las

relaciones que existen entre los parámetros de mecanizado en cada una de ellas.


Cilindrado: permite la obtención de una geometría cilíndrica de revolución mediante el avance de la



p g

herramienta según el eje Z. Puede aplicarse a exteriores, reduciendo el diámetro exterior de la pieza,

y a interiores, aumentándolo. La siguiente figura representa una sección normal a la velocidad de

corte, V, en una operación de cilindrado exterior.

Figura 2. Sección normal a la velocidad de corte, V, en una operación de cilindrado exterior

En ella pueden apreciarse:

a: avance

p: profundidad de pasada

b1: ancho de corteh1: espesor de la viruta no deformada

A1: sección de viruta no deformada

χr : ángulo de posición

V : velocidad de corte

V a: velocidad de avance

N: velocidad de rotación

Di: diámetro inicial D f : diámetro final

Las principales relaciones entre los parámetros anteriores son:

χr


Refrentado: con esta operación se pueden obtener superficies planas perpendiculares al eje de



rotación de la pieza. El movimiento de avance es paralelo al eje X y perpendicular al Z. Cabe

destacar como particularidad de esta operación que, aunque se realice a velocidad de rotación

constante, la velocidad de corte no será constante sino que será mayor según aumenta el diámetro.

Esto da lugar a que también varíe la potencia, presentando su valor más elevado para el diámetromás grande en el que se trabaje. En la siguiente figura se ha esquematizado un proceso de

refrentado.

Figura 3. Sección normal a la velocidad de corte, V, en una operación de refrentado.

En ella pueden observarse:

a: avance

p: profundidad de pasada

b1: ancho de corte

h1: espesor de la viruta no deformada

A1: sección de viruta no deformada

χr : ángulo de posición

V : velocidad de corte

V a: velocidad de avance

χr




T l d d ió ífi d l d h h i á i



Taladrado: aunque no es una operación específica del torno ya que de hecho existe una máquina-

herramienta específica como es la taladradora para realizar esta operación, el torno permite realizar

taladros coaxiales al eje de rotación de la pieza. Para ello se sitúa una broca en el extremo del

contrapunto y se desplaza éste con el movimiento de avance hasta conseguir el taladro. En el casode tornos de control numérico, la broca debe situarse en la tortea portaherramientas en lugar de en el

contrapunto, siendo su trabajo como el de cualquier otra herramienta de interiores. Una operación

muy habitual en el torno, caso particular de taladrado, es la denominada operación de punteado.

Consiste en dar un pequeño taladro en el extremo de la pieza más alejado del plato de garras y

permite emplear este taladro como elemento de centraje en la sujeción entre puntos. Existen tornos,

normalmente de control numérico, en los que la torreta dispone de un cabezal monitorizado que permite la realización de taladros paralelos al eje del cabezal. La cinemática de esta operación se

verá al hablar de las operaciones en taladradora.

Moleteado: el moleteado no es una operación de mecanizado propiamente dicha, puesto que no

elimina material de la preforma. Se utilizar para marcar con una geometría estriada alguna de las

superficies de revolución de la pieza a fin de facilitar su amarre manual, impidiendo que éstaresbale en el contacto con la mano por efecto del sudor o la grasa depositada sobre la superficie.

Figura 6. Operación de moleteado

3. Procesos de fresado

Las operaciones de fresado más comunes son: fresado cilíndrico y fresado frontal. A continuación

d ib l i i l í i d d d ll


inconvenientes mencionados para el fresado en concordancia. Ahora bien, en este caso se producen



fuerzas que tienden a levantar la pieza de su apoyo sobre la mesa.

En el fresado en concordancia el espesor máximo de viruta se da al inicio del corte. Esto tiene la

ventaja de mejorar la sujeción de la pieza pero, sin embargo, el impacto originado por cada filoaumenta la probabilidad de su rotura y la intensidad de las vibraciones producidas en las guías de la

máquina.

En general, los resultados obtenidos en uno y otro caso son semejantes y la elección de uno u otro

dependerá: de la operación concreta que se esté efectuando, del tipo de fijación empleada y de la

rigidez de la máquina-herramienta utilizada.

Para plantear las expresiones que ligan a los principales parámetros del fresado se va a tomar la

siguiente configuración.

Figura 8. Fresado cilíndrico en oposición.

donde:

a z, es el avance por filo. Viene dado por: z

zn

aa = siendo a el avance por vuelta y n z el número

de filos de la herramienta.

h1, el espesor de viruta no deformada.

b1, el ancho de viruta no deformada.

p, la profundidad de pasada.

N , la velocidad de rotación.

B, el ancho de la herramienta.

D, el diámetro de la herramienta

V y V a, las velocidades de corte y de avance respectivamente


222

sen D

p D D

⎟ ⎞

⎜⎛ +⎟

⎞⎜⎛ =⎟

⎞⎜⎛

θ



sen2

p22

⎟ ⎠

⎜⎝

+⎟ ⎠

⎜⎝

−=⎟ ⎠

⎜⎝

θ

por lo que:

( ) p p D D2sen −=θ

expresión que puede aproximarse por:

D

p2sen ≅θ

si se tiene en cuenta que p es mucho menor que D.

Todo ello permite expresar el espesor máximo de viruta no deformada como:

D

pah z 2max1 ≅

A continuación se muestran las principales relaciones que existen entre los parámetros del fresado:

Sección de viruta: 111 hb A = (no constante)

Volumen de material eliminado por unidad de tiempo: se calcula como el producto del área de

material perpendicular a la velocidad de avance, A p por la velocidad de avance paN bV A z a p 1==&

Velocidad de corte: 1000

NDV

π = donde: V (m/min) la velocidad de corte, N (rpm) la velocidad de giro

de la fresa y D (mm) es el diámetro.

Velocidad de avance: aN V a = donde: V a (mm/min) es la velocidad de avance, a (mm/rev), avance

por vuelta y N (rpm), es la velocidad de giro de la pieza.

Fuerza de corte (paralela a la dirección de la velocidad): 1 Ak F sc = (no es constante)

Potencia requerida en el proceso: paNbkzkVFP === & (no es constante)


fresar, l, las longitudes de entrada y salida de la herramienta, le y ls, y de )( p D p x −= , longitud



existente entre el eje de la fresa y el borde de la pieza en el instante inicial de contacto.

Fresado frontal: en él, el eje de rotación de la herramienta es perpendicular a la superficie fresada.Suele realizarse en fresadoras verticales. La configuración más usual de este tipo de fresado se

muestra en la siguiente figura.

Figura 10. Fresado frontal

donde:

a z, es el avance por filo. Viene dado por: z

zn

aa = siendo a el avance por vuelta y n z el número

de filos de la herramienta.

h1, el espesor de viruta no deformada.b1, el ancho de viruta no deformada.

p, la profundidad de pasada.

N , la velocidad de rotación.

B, el ancho de la herramienta.

D, el diámetro de la herramienta

V y V a, las velocidades de corte y de avance respectivamente

En este caso, el espesor de viruta no deformada es prácticamente constante e igual a zah =max1 .

Las expresiones que relacionan los parámetros del fresado frontal son análogas a las del fresado




Figura 11. Posiciones inicial y final de una fresa en el fresado frontal de una pieza de longitud l

El tiempo de mecanizado puede expresarse como: aN

l D

l D

l

V

l

t

se

a

mm

++++

==22

donde: V a, es la

velocidad de avance y lm, la longitud de mecanizado y se obtiene como suma de: la longitud a

fresar, l, las longitudes de entrada y salida de la herramienta, le y ls y la longitud existente entre el

eje de la fresa y el borde de la pieza en los instantes inicial y final del mecanizado dado por

22

D D+ .

4. Procesos de taladrado

Principales operaciones de taladrado

Dentro de la designación de mecanizado de agujeros van a ser consideradas las siguientes

operaciones de mecanizado: taladrado, taladrado profundo, escariado, avellanado, retaladrado o

mandrinado con herramienta giratoria, trepanado y roscado de machos.

El taladrado con broca o taladrado: permite obtener un agujero, pasante o ciego, paralelo al eje de

rotación de la pieza. En general, las tolerancias dimensionales obtenidas no suelen ser buenas por lo

que, esta operación, sólo se realizará cuando las especificaciones geométricas no demanden una

gran precisión o como paso previo a las operaciones de acabado que se comentarán a continuación.

La situación más habitual del taladrado con broca se muestra en la siguiente figura.



Figura 13. Escariador.

El avellanado es una operación que, generalmente, se emplea en el achaflanado de la entrada de los

agujeros y se efectúa en el acabado de los mismos, aunque en ocasiones, el desbaste y desbarbado

de la entrada de los agujeros puede ser el objetivo en sí mismo. Cuando se emplea como operaciónde acabado, su misión suele ser de servir de alojamiento a la cabeza de tornillos. Una operación

similar es la obtención del alojamiento de forma cilíndrica para cabezas hexagonales y Allen

mediante avellanadores cilíndricos.

a) b)

Figura 14. Avellanadores: a) cónico; b) cilíndrico

El retaladrado consiste en el agrandamiento del diámetro de un agujero previamente taladrado u


La eventual falta de alineación entre R y R’ puede ser despreciada; ya que tiene un valor muy

pequeño con respecto a la magnitud de las fuerzas.



pequeño con respecto a la magnitud de las fuerzas.

Figura 15. Equilibrio de fuerzas sobre la viruta en el corte ortogonal.

El ángulo que forma la resultante con la normal a la cara de desprendimiento, se denomina ángulo

de rozamiento, ρ . Si la resultante se supone aplicada a la arista de corte de la herramienta, admite

ser descompuesta de las tres maneras siguientes:

Según la dirección del corte y su normal, obteniéndose respectivamente las fuerzas F c y N c;

Según la cara de desprendimiento y su normal, obteniéndose F γ y N γ Según el plano de deslizamiento y su normal, obteniéndose F s y N s

γne

Ο

Pieza

Herramienta

R’θ ρ


Las expresiones trigonométricas de dichas fuerzas en función de la resultante, R, son:



( )nec cos RF γ ρ −= y ( )nec Rsen N γ ρ −=

ρ γ RsenF = y ρ γ cos R N =

( )nes cos RF γ ρ ϕ −+= y ( )nes Rsen N γ ρ ϕ −+=

5.2. Cálculo de la potencia de mecanizado

5.2.1 A través de la fuerza de corte Fc

De las expresiones vistas en el apartado anterior se tiene que la relación entre la fuerza de corte y la

de deslizamiento viene dada por:

( )

( )ne

ne

s

c

cos

cos

F

F

γ ρ ϕ

γ ρ

−+

−=

Si se admite una distribución uniforme de tensiones cortantes a lo largo del plano de deslizamiento,

de valors

τ definida por:

s

s

s A

F

=τ

y denominada tensión dinámica de deslizamiento, se tendrá que:

( )

( )

( )

( )

( )

( )ne

ne1s

ne

ness

ne

nesc

cos

cos

sen

1 A

cos

cos A

cos

cosF F

γ ρ ϕ

γ ρ

ϕ

τ

λ ρ ϕ

γ ρ τ

γ ρ ϕ

γ ρ

−+

−=

−+

−=

−+

−=

como:




Adviértase que, en general, será



sc p p ≠

ya que la fuerza de corte F c no varía linealmente con A1. Una expresión de carácter experimental

ampliamente utilizada propone que:

( ) f 11sc A pF

−=

Siendo f una constante dependiente del material cuyos valores más habituales son:

1- f = 0,803 para los aceros

1- f = 0,863 para las fundiciones

Evidentemente, dicha expresión de F c es no lineal con respecto a A1.

Igualando las expresiones 1cc A pF = y ( ) f 11sc A pF

−= se tiene:

( ) f 1cs A p p =

y por tanto será ps< pc si A1< 1mm

2

, y viceversa; lo cuál, si se supone que el ancho de corte b semantiene constante, justifica el hecho observable en el ábaco del método simplificado de Boothroyd

de que cuanto menor es el espesor de viruta no deformada, mayor es el valor de pc.

El método de cálculo de la potencia por medio de la presión específica de corte o método de

Kronenberg (1966) se basa en la expresión:

( ) ( ) z A pV A pV F P f 1s

f 11sc &−− ===

Para la obtención del valor de ps se pueden consultar tablas o recurrir a expresiones de carácter

empírico como las siguientes válidas para aceros y fundiciones respectivamente en el mecanizado

Desgaste

en

procesos

de

corte

1

4.-Desgaste en procesos de corte

1 I t d ió



1. Introducción

Seguidamente se analizan algunos de los principales fenómenos asociados a los procesos de cortecomo son el rozamiento, el aumento de temperatura y la formación de filo recrecido y capa

adherida. También se van a mostrar los principales tipos de fluidos de corte empleados en los

procesos de mecanizado para evitar o, al menos, minimizar el desgaste de las herramientas. Por

último, se van a mostrar los principales tipos de deterioros que sufren las herramientas de corte.

2. Rozamiento en procesos de corte

La pieza y la herramienta se ven sometidas a elevadas fuerzas de contacto durante el proceso de

corte. Sirva de ejemplo el caso del mecanizado de acero en el que son usuales valores de presión de

la herramienta sobre la pieza de unos 2000 a 3000 MPa. Por tanto, va a existir rozamiento entre las

superficies de ambas puestas en contacto así como entre la viruta que se va formando y la cara dedesprendimiento de la herramienta.

Si se amplifica suficientemente la zona de contacto entre las dos superficies, supuestas éstas

teóricamente planas y perfectamente pulidas, se aprecian importantes irregularidades, por lo que el

contacto se establece entre las partes más salientes de dichas irregularidades. Si se aplica una carga

normal N , las zonas de contacto experimentan fuertes deformaciones locales de carácter plástico y

el área real de contacto, Ar , aumenta hasta ser capaz de soportar la carga aplicada; esto es, Ar = N/Y siendo Y , la tensión unidireccional de fluencia del material de menor resistencia de los dos que

están en contacto. En la mayoría de las situaciones que se tienen entre superficies metálicas

(siempre que N no sea excesivamente elevada), se cumple que ar A A << designando por Aa al área

aparente de contacto.

Debido a la fluencia experimentada en la zona de contacto, se producen microsoldaduras queoriginan un cierto nivel de adhesión entre las dos superficies. El inicio de desplazamiento relativo

entre ambas superficies requiere una cierta fuerza, F , tangencial al plano teórico del contacto, para

provocar el cizallado de las asperezas microsoldadas. Dicha fuerza de rozamiento vendrá dada por:

Desgaste

en

procesos

de

corte

2

con (0 ≤ m ≤ 1), denominada ley de rozamiento de Tresca que recoge las tres situaciones

siguientes: ausencia de rozamiento o deslizamiento perfecto para m=0 y τ=0; rozamiento de

adherencia parcial o de semiadherencia para 0< <1 0< <k ro amiento de adherencia para



adherencia parcial o de semiadherencia para 0<m<1 y 0<τ <k y rozamiento de adherencia para

m=1y τ = k . El mayor inconveniente de este tratamiento es la falta de sentido físico del coeficiente de

adherencia m.

3. Fenómenos térmicos

La energía mecánica puesta en juego en los procesos de corte, puede descomponerse en los

términos de energía de: deformación elástica, deformación plástica y rozamiento. De ellos, el

primero es almacenado por el material y no provoca la generación de calor. Los otros dos términosson de carácter disipativo, ya que las deformaciones plásticas provocan un rozamiento interno y

originan la transformación de la energía mecánica en calorífica. Esto hace que se tengan elevadas

temperaturas en la zona de corte, lo cual incide en el aumento del desgaste de la herramienta.

En lo que respecta al fenómeno de generación de calor, pueden ser consideradas las tres zonas

siguientes: de deformación primaria (1), de deformación secundaria (2) y de rozamiento en

incidencia (3). En general, salvo en el caso de que la herramienta estuviese muy desgastada en sucara de incidencia, la generación de calor en la zona 3 suele ser sensiblemente menor que en las

otras dos zonas.

Figura 1. Fenómeno de generación de calor.

El calor total generado por unidad de tiempo vendrá dado, por tanto, por la suma del calor generado

por unidad de tiempo en las zonas de deformación 1 y 2 Dicho calor es eliminado durante el

Desgaste

en

procesos

de

corte

3

4. Formación de filo recrecido y capa adherida

Como consecuencia del rozamiento existente entre pieza y herramienta durante el proceso de



Como consecuencia del rozamiento existente entre pieza y herramienta durante el proceso de

mecanizado se produce, como se ha mostrado anteriormente un aumento de la temperatura. Este

efecto combinado con las variaciones en la velocidad de corte provoca que parte del materialmecanizado quede adherido a la herramienta. Si el material queda adherido en el filo el fenómeno

es conocido como filo recrecido o BUE (del inglés Built-Up-Edge), si esto ocurre en la cara de

desprendimiento, da lugar a la capa adherida o BUL (del inglés Built-Up-Layer). El fenómeno

comienza por la acción combinada de causas térmicas y mecánicas formándose la capa adherida.

Inmediatamente después comienza a desarrollarse el filo recrecido hasta alcanzar un espesor crítico.

Momento en el que el filo recrecido se extiende sobre la cara de desprendimiento de la herramientaaumentando el espesor de la capa adherida mediante múltiples capas.

La presencia de ambas incorporaciones puede afectar positiva o negativamente al desgaste de la

herramienta ya que en ocasiones puede contribuir a aumentar la vida de la herramienta, debido al

efecto protector sobre la misma, y otras veces a disminuirla, al contribuir a su deterioro por el efecto

abrasivo producido por pequeños fragmentos desprendidos del filo y de la capa durante el proceso

de corte que están muy endurecidos por la deformación plástica sufrida. El deterioro puede llegar,

incluso, al fallo catastrófico de la herramienta al arrastrar trocitos de la misma que han quedado

soldados al filo y a la capa cuando estos se desprenden de la herramienta como consecuencia de su

inestabilidad mecánica. También puede producirse el deterioro por la diferencia de coeficientes de

contracción entre el material adherido y el de la herramienta cuando esta se enfría al terminar el

proceso de corte.

La aparición de ambas incorporaciones a la herramienta produce una alteración en la geometría de

la misma que afecta al acabado superficial de las piezas. Para muchos materiales, si se dibuja la

curva del acabado superficial (o su inversa, la rugosidad) frente a la velocidad de corte pueden

apreciarse tres zonas como las representadas de forma muy simplificada en la siguiente figura.



Desgaste

en

procesos

de

corte

5

Los fluidos de corte base agua pueden dividirse en:

Emulsiones Están constituidas por aceites minerales en suspensión acuosa (contenido de agua



Emulsiones. Están constituidas por aceites minerales en suspensión acuosa (contenido de agua

90%), añadiendo un elemento emulsionante que provoca la formación de la dispersión coloidal.

Su aspecto suele ser lechoso y reciben el nombre de taladrinas. Soluciones. Son, como su nombre indica, soluciones de aceites en agua; generalmente se

obtienen soluciones mejorables añadiendo sulforinato de sosa.

Los aceites de corte se pueden subdividir en los siguientes tres grupos:

Aceites minerales. Son obtenidos en la destilación fraccionada del petróleo. Con el fin de quesean capaces de soportar elevadas presiones y fijarse mejor sobre las superficies metálicas

deben contener ciertos aditivos como por ejemplo, azufres, grafito coloidal o bisulfuro de

molibdeno.

Aceites vegetales. Son sustancias orgánicas de larga cadena molecular, que se adhieren a las

superficies metálicas formando una capa muy fina. Tiene escaso poder antisoldadura y son

fácilmente oxidables. El más empleado es el aceite de colza.

Aceites compuestos o mixtos. Son mezclas de aceites minerales y vegetales con una cantidadde aceite vegetal de entre el 10 y el 30 %. Tienen buenas características lubricantes y presentan

ventajas económicas frente a los vegetales.

Además de la acción lubricante y refregerante, en la actualidad se exige a los fluidos de corte que,

en mayor o menor medida, efectúen las siguientes acciones complementarias: prevención de la

formación de filo recrecido, ayuda a la separación y evacuación de la viruta, protección contra lacorrosión y lubrificación de elementos de la máquina-herramienta.

La eficacia de los fluidos de corte suele verse reducida al aumentar la velocidad de corte y al

aumentar el espesor de la viruta no deformada. En el primer caso, como consecuencia del menor

tiempo de contacto del líquido con la zona del corte y al efecto de centrifugación, en aquellos

procesos en los que el movimiento principal sea de rotación. En el segundo, debido a los mayoresesfuerzos requeridos para el arranque de material. Se ha comprobado experimentalmente que, en

general, los fluidos de corte no influyen sobre las fuerzas de corte pero sí lo hacen, favorablemente,

en el acabado superficial por su acción sobre el filo recrecido.

Desgaste

en

procesos

de

corte

6

maneras: instantáneamente, por desmoronamiento o fallo catastrófico o progresivamente, debida al

fenómeno de desgaste.



El desmoronamiento o fallo catastrófico es un rápido deterioro de la arista de corte después de un

período de corte bien ejecutado. Suele venir motivado por la acción combinada de los esfuerzos decorte y un incremento de la temperatura. No debe confundirse con la rotura o fallo prematuro de la

herramienta originado por algún defecto de la misma o por algún incidente externo al proceso de

formación de la viruta.

El desgaste de las herramientas de corte se puede definir como la modificación de la geometría de

corte de la herramienta, con relación a su geometría original, que tiene lugar durante el corte y que

es debida a la pérdida progresiva del material de la herramienta. La naturaleza fundamental deldesgaste puede ser diferente en distintas situaciones. En el caso de las herramientas de corte, cabe

considerar tres mecanismos de desgaste básicos que son:

Desgaste por adhesión. Tiene lugar al romperse las microsoldaduras existentes entre el material

de la viruta y el de la herramienta. Cuando estas uniones se fracturan, pequeños fragmentos del

material de la herramienta son arrancados y arrastrados por la viruta. El rozamiento existente

entre la cara de incidencia y la superficie mecanizada también da lugar a desgaste por adhesión, pasando los pequeños fragmentos del material de la herramienta a la superficie mecanizada de

la pieza.

Desgaste por abrasión. Ocurre cuando las partículas de la viruta, endurecidas por deformación

plástica, deslizan por la cara de desprendimiento de la herramienta. Estas partículas

endurecidas pueden ser fragmentos de filo recrecido inestable, fragmentos de material de la

herramienta arrastrados por la viruta y debidos a un previo desgaste por adhesión o pueden ser

constituyentes duros del material de la pieza.

Desgaste por difusión. La difusión en estado sólido tiene lugar cuando átomos de una red

cristalina de una región de alta concentración, se desplazan en presencia de altas temperaturas,a otra región de concentración atómica más baja. Es pues un fenómeno a nivel atómico a

diferencia de la adhesión que es de carácter macroscópico. Este fenómeno tiene lugar en

aquellas zonas en las que hay un contacto íntimo entre dos materiales y su intensidad aumenta

exponencialmente con la temperatura. En el corte, esto se traduce en un debilitamiento de laestructura superficial del material de la herramienta.

El desgaste de la herramienta de corte tiene lugar, principalmente, en la cara de incidencia,

Desgaste

en

procesos

de

corte

7

El desgaste en incidencia es ocasionado por el rozamiento existente entre la superficie

mecanizada y la cara de incidencia de la herramienta, provocando una zona o franja de

desgaste que es paralela a la dirección del movimiento de corte.



g q p

El desgaste en desprendimiento tiene lugar en la zona de contacto de la viruta con la cara de

desprendimiento de la herramienta y tiende a ajustarse a la forma de la viruta, denominándosecráter a la zona desgastada. La parte de la cara de desprendimiento más próxima al filo

experimenta un menor desgaste.

Para medir el desgaste de la herramienta es necesario establecer parámetros que puedan ser medidos

y permitan cuantificar el valor del desgaste. Para la medida del desgaste en incidencia los

parámetros que se suelen tomar son: el ancho medio de la zona de desgaste, VB, y el ancho máximode dicha zona, VBmáx. Para evaluar el desgaste en la cara de desprendimiento de la herramienta se

emplea la profundidad del cráter , KT , que es la distancia máxima entre el fondo del cráter y la cara

de desprendimiento inicial de la herramienta. Debe advertirse que estos parámetros han de ser

medidos en la zona media del filo de corte tal como se muestra en la figura.



Desgaste

en

procesos

de

corte

9

mostrados) y, además, la profundidad del cráter dado por la expresión KT (mm) = 0,06 + 0,03 a,

donde a es el avance en mm/rev.



Para el torneado de acabado, el criterio más usual es el de conseguir que la rugosidad superficial

alcance un valor determinado. Se recomienda para el valor del criterio de desgaste alguno de lossiguientes de Ra (μm): 0,4 - 0,8 - 1,6 - 3,2 - 6,3 - 12,5.

Vida

y

ecuaciones

de

la

herramienta

1

5.-Vida y ecuaciones de la herramienta

1. Vida de la herramienta



La duración o vida de la herramienta se define como el tiempo de corte, en unas condiciones demecanizado dadas, necesario para alcanzar un criterio de duración de la herramienta. En sudefinición se ha considerado el tiempo de corte o tiempo en el que la herramienta está arrancandomaterial. Sin embargo, la duración de la herramienta puede interesar en otras unidades. Lasunidades de vida de herramienta más empleadas son:

Tiempo de corte, de interés en la Oficina de Métodos y Tiempos.

Tiempo total por componente o tiempo de la pieza en la máquina-herramienta, de interés para elservicio de mantenimiento.

Volumen de material arrancado, de interés científico y en investigación. Cantidad de piezas producidas, de interés para el operario y para el cálculo de los costes de

mecanizado. Velocidad de corte equivalente, para la confección de catálogos y comparación de herramientas.

Velocidad de corte relativa o maquinabilidad relativa, para comparación de las prestaciones de lasherramientas.

2. Ecuaciones de la herramienta

Se denominan ecuaciones de duración o de vida de la herramienta a expresionesmatemáticas que relacionan la duración de la herramienta con uno o varios parámetros del

proceso de mecanizado.

F. W. Taylor (1906) efectuó largas series de ensayos sistemáticos, variando la velocidad decorte y manteniendo constantes los restantes parámetros del proceso, considerando como

criterio de duración el desmoronamiento del filo de la herramienta y llegó a una ecuaciónde vida de la herramienta de empleo aún en la actualidad. A continuación se van a exponerlas principales ecuaciones de vida de la herramienta.

Vida

y

ecuaciones

de

la

herramienta 2



Figura 1. Gráficas de la ecuación de Taylor

El exponente n expresa la pendiente de la recta logV/logT , y conociendo dos pares de valores(V 1 ,T 1) y (V 2 ,T 2) puede determinarse como:

21

21

loglog

loglog

T T

V V tgn

−

−== α (3)

En la siguiente tabla se recogen los valores más usuales del exponente n en función del material dela herramienta.

Tabla 1. Valores de n para distintos tipos de materiales de herramienta.

n Herramientas0,15 Acero rápido

0,25 ÷ 0,30 Metal duro0,70 Cerámica

Vida

y

ecuaciones

de

la

herramienta

3

21

111

1

nnn paV

K T = (5)



eliminando T de ambas ecuaciones se llega a:

n

nn

pa

K C

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛

=

21

111 (6)

esto es, que C es función del avance y de la profundidad de pasada; por ello, en el caso enque inicialmente se varíe la velocidad de corte, a y p serán constantes y por lo tantotambién lo será C .

En esta expresión generalizada de Taylor se suele trabajar con avances en mm/rev (omm/doble carrera), profundidades de pasada en mm, velocidades de corte en m/min y vidade la herramienta en minutos.

Entre las constantes exponenciales de esta generalización de la ecuación de Taylor se tienenlas siguientes relaciones de desigualdad:

0111

21

>>>nnn

(7)

La validez de esta ecuación generalizada es más discutible que la de la ecuación básica de

Taylor, sin embargo resulta de gran utilidad para el estudio de la influencia del avance y dela profundidad de pasada en la duración de las herramientas de corte.



Vida

y

ecuaciones

de

la

herramienta

5

ap A1 = el área de la sección de viruta no deformada

2

sr g

−≡



2sr f

+≡

A continuación Kronenberg introduce el concepto de “velocidad equivalente de corte”como “aquella velocidad de corte que en determinadas condiciones del proceso conduce aun cierto valor de vida de la herramienta”; generalmente, dicha vida de la herramienta se

indica, en minutos, como subíndice de V . Sus ensayos fueron hechos para una vida de 60minutos, con un factor de forma de valor 5 y una sección de viruta de 1mm2. Sustituyendoestos valores en la expresión de Taylor se tiene:

( ) f

gn K

V

1

560 3

60 = (15)

y dividiendo miembro a miembro ambas expresiones se tiene:

f

g

n

A

G

T

V

V

160

560

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛

=⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ (16)

de donde:

n

f

g

T A

GV

V

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛

=

60

5

1

60

(17)

Vida

y

ecuaciones

de

la

herramienta

6

Tabla 9. Tablas de V60 para distintos materiales.

V60 (m/min)Mecanizado de aceroresistencia a tracción en

daN/mm2 Hta. de metal duro Hta. de acero rápido



daN/mm p3544536170798796105

282213169138113100857667

856451423430262320

V60 (m/min) Mecanizado defundición con HB Fundición nodular con

herramienta de metal duroFundición maleable con

herramienta de metal duroFundición maleable con

herramienta de acero rápido100

125150175200225250275

-

--

220125907065

240

200160130100806045

50

4035302520--

3. Ensayos para determinar los parámetros de la ecuación de vida de la herramienta

V60 (m/min)Material a mecanizarHta. de metal duro Hta. de acero rápido

CobreBronce

LatónAluminio (puro)

850535

10001650

4560

10077

Vida

y

ecuaciones

de

la

herramienta

7

mecanizado de acero o K30 para mecanizado de fundición) o cerámica (cualquier calidadcomercial, indicándola en las hojas de resultados del ensayo).

Condiciones de referencia de la pieza: La superficie debe provenir de laminación o de moldeo.La relación longitud de la pieza/diámetro de la pieza no debe ser excesiva, a fin de evitar



La relación longitud de la pieza/diámetro de la pieza no debe ser excesiva, a fin de evitar

fenómenos de inestabilidad, y en todo caso inferior a 10. La pieza se sujetará con plato ycontrapunto. El punto será un agujero de 6,3 mm de diámetro, con achaflanado a 120º. Geometría de la herramienta: cuando la geometría de la herramienta no sea variable a ensayar,

se emplearán los valores recogidos en la tabla siguiente. Cuando el radio de la punta de laherramienta r ε = 0,4 mm, el radio de redondeo de la arista principal valdrá: r n = 0,02 ÷ 0,03mm; y cuando r ε > 0,4 mm, será r n = 0,03 ÷ 0,05 mm.

Tabla 10. Características geométricas de las herramientas para distintos materiales.

Material herramientaγ

λ

r εr(*)

Acero rápido 25º 8º 0º 75º 90º

Metal duro +6º 5º 0º 75º 90º- 6º 6º -6º 75º 90º

Cerámica - 6º 6º -6º 75º 90º

(*) εr es el ángulo de la punta

Condiciones de referencia de la herramienta: Se utilizará una herramienta recta de desbastar.Su sección transversal será de 25 x 25 mm en el caso de herramientas con plaquitas de metalduro y de 25 x 16 mm para las herramientas enterizas de acero rápido. El voladizo de la

herramienta deberá ser de 25 mm. Fluidos de corte: Cuando el fluido de corte no sea la variable a ensayar, las pruebas serán

efectuadas bien en seco o bien empleando una solución acuosa que contenga un 0,5 % detrietanolamina y 0,2 % de nitrato de sodio. Únicamente se empleará el fluido de corte en el casode herramientas de acero rápido con criterio de desgaste por desmoronamiento o fallocatastrófico. El caudal del fluido será el mayor valor de los dos siguientes: 3 l/min ó 0,1 l/cm

3

de material

eliminado por minuto. Condiciones de corte: Cuando el avance y la profundidad de pasada no sean las variables del

ensayo, se emplearán de acuerdo con las siguientes restricciones:

Vida

y

ecuaciones

de

la

herramienta

8



Figura 2. Método operativo de los ensayos convencionales.

Si se hubiera empleado como criterio de duración el desmoronamiento del filo, los valores T 1 ,

T 2 , T 3 y T 4 se habrían obtenido directamente.

En cualquier caso, llevando los cuatro pares de valores (V,T ) a un sistema coordenadodoblemente logarítmico y ajustando los puntos obtenidos a una recta como la mostrada en la

figura:

n = tgα (18)C= V 1min (19)

Vida

y

ecuaciones

de

la

herramienta

9velocidad de corte creciente o ensayo de refrentado, que consiste en refrentar una pieza cilíndrica,con agujero central, de dentro a fuera con velocidad de husillo constante. La velocidad de corteinicial se selecciona de unos 20 a 30 m/min inferior a la que ocurre el fallo catastrófico del filo decorte y la probeta se diseña para que dicho fallo ocurra antes de acabar la pasada de refrentado. La



y p p q p

velocidad de corte en el instante del fallo catastrófico V z, se puede correlacionar con la velocidadequivalente para una vida de 60 minutos, V 60 como sigue:

Herramientas de acero rápido: V z≅ 2,5 V 60 + 20 (21)Herramientas de metal duro: V z≅ 2,5 V 60 + 50 (22)

La correlación produce aceptables resultados en el rango 70 ≤ V z ≤ 180, con herramientas de acero

rápido.

Evaluación económica de procesos de mecanizado 1

6.-Evaluación económica de procesos de mecanizado

1. Introducción

h h h id id d l i d b d d i l h h d



Aunque hasta ahora no ha sido considerado explícitamente, no debe perderse de vista el hecho de que

los procesos de conformado por eliminación de material juegan un papel económico muy importante en

el ámbito industrial. Por ello, es necesario relacionar los aspectos meramente tecnológicos con los

económicos para poder comprender toda la problemática que rodea a este tipo de procesos.

El estudio económico de los procesos de mecanizado no va a ser considerado únicamente desde la

óptica de permitir “facturar” los trabajos efectuados en máquinas-herramienta, sino que se va a

analizar cómo influyen los distintos aspectos económicos en la selección “optimizada” de lascondiciones de operación en dichos procesos de fabricación.

Como se ha podido apreciar en lo expuesto anteriormente, existen multitud de opciones a la hora de

seleccionar las condiciones de corte para un cierto proceso; ahora bien, también se ha observado que

el aumento indiscriminado de alguno de tales parámetros, como por ejemplo la velocidad de corte, va

en detrimento de la vida de la herramienta, y, por ello, lo que parecía que iba a ser un aspectoeconómico positivo queda en principio relegado a un estudio más exhaustivo de carácter económico.

Por ello, para seleccionar unas condiciones de corte óptimas se hace necesario tener en cuenta los

aspectos económicos; esto es, los criterios de optimización de las condiciones de mecanizado

deberán ser de carácter económico. Los estudios en esta línea comenzaron hace más de 70 años de

la mano de Forsberg (1929) y han sido continuados por gran cantidad de investigadores, entre ellos:

Witthoff (1947), Gilbert (1950) y Colding (1958). En la actualidad el tema sigue abierto ya que los

modelos a los que se llega son ciertamente complejos, y el empleo del ordenador y de algoritmos

avanzados de optimización está siendo llevado a cabo por prestigiosos equipos de investigación.

2. Determinación de los costes en procesos de mecanizado

A continuación, antes de pasar a la determinación del coste de operación de la máquina, es

necesario definir algunos conceptos básicos, como son:




Para establecer el valor de c& , referido al período de un año suelen hacerse las siguientes

consideraciones. A medida que el tiempo transcurre, la máquina se va depreciando y se puede

admitir que su valor al inicio de cada año es:



⎟ ⎠ ⎞⎜

⎝ ⎛ −−= A

aC C oa 11 (5)

donde:

C o es el valor inicial de la máquina instalada.

a un número entero que indica la edad de la máquina, en años.

A un número entero que indica el período de amortización, en años.

Parece razonable establecer los costes de seguros e impuestos sobre C a a través de un cierto

porcentajeque, expresado en tanto por uno, se va a designar por r s. Al mismo tiempo, si la inversión

inicial se va restituyendo cada año en la cantidad C o /A, la tasa de interés sólo deberá aplicarse a la

cantidad pendiente C a. En estas condiciones, los costes fijos repercutirán sobre el año a de vida de la

máquina en la cuantía:

( ) ( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ −−+=++ isisa f r r

A

a

AC r r C

A

C C

11

10

0& (6)

Con objeto de que esta cantidad sea la misma cada año, suele trabajarse con el valor medio

correspondiente, lo que conduce a

sss r A

Ar A

A

Ar

2

1111112

1* +=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −−+−−= (7)

e idénticamente,

ii r A

Ar 2

1*

+= (8)

resultando los siguientes costes fijos anuales:

Evaluación

económica

de

procesos

de

mecanizado 4

Finalmente, se tiene que:

V f C C C &&& += (12)

estando C& referido a un año Para la obtención de c& generalmente referido a una hora habrá que



estando C referido a un año. Para la obtención de c , generalmente referido a una hora, habrá que

dividir C & por el número de horas productivas por año.

3. Determinación del coste de la herramienta por filo

En relación con la determinación del coste de la herramienta por filo (o juego de filos) cabe

distinguir entre herramientas reafilables y herramientas con plaquitas desechables.

Para herramientas reafilables puede establecerse que:

⎟

⎠

⎞⎜

⎝

⎛

+

+

+

= reafiladooperaciónte

reafiladosn promedio



aherramient inicialteC hf cos

1º

º

1º

cos

Para herramientas con plaquitas desechables se tiene:

plaquitasefectivos filosn promedio

plaquitasde juegote

portadelvidalaen filosde juegosn

accesoriosmientas portaherrainicialteC hf

/º

cos

º

cos+

+=

siendo:

nº de juegos de filos en la vida del porta, el número de juegos de plaquitas en la vida del

portaherramientas por el número de filos por plaquita.

Coste del juego de plaquitas, el coste de una plaquita por el número de plaquitas por juego.

El concepto de filos efectivos se introduce por el hecho de que algunas plaquitas se rompen, total o

parcialmente, quedando inservibles uno o varios filos. En el caso de herramientas de varios filos, el




Figura 27. Coste y tiempo por componente frente a la velocidad.

A continuación se van a aplicar los criterios de mínimo coste y de máxima producción a operaciones

con herramienta monofilo y velocidad de corte constante; esto es, al cilindrado en pasada única.

Para la aplicación de dichos criterios se va a considerar la primera generalización de la ecuación de

Taylor , en la que la constante C se expresa en función del avance, a, y de la profundidad de pasada,

p, tal y como se indica en la siguiente expresión:

111

1

nn

K T = (14)

Evaluación

económica

de

procesos

de

mecanizado 6

aV

S

V

l

a

d

d

V a

l

a

l

a

l

V

lt t

na

cm ≡=====≅ π

π π

ϖ

2

(16)



Siendo S = cte el área de la superficie a mecanizar de la pieza.

4.1. Criterio de mínimo coste por componente

Expresando el coste total en función de los parámetros avance y velocidad de corte:

( ) ( ) ( )

( )1

11

1

11

1

1

−−

+++=

=+++=+++=

nnhf rf np

nn

hf rf np

h

chf rf mnpt

aV K

S C t c

aV

S ct c

K

aV

aV

S C t c

aV

S ct c

T

t C t ct t cC

&&&

&&&&&

(17)

Se podrán obtener los máximos y los mínimos con respecto a cada uno de ellos a partir de las

expresiones 0=∂

∂

V

C t y 0=∂

∂

a

C t . En este caso, el estudio se va a centrar en buscar la velocidad de

corte que conlleva el mínimo coste. Estos es:

01111

2 =⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +⎟

⎠ ⎞⎜

⎝ ⎛ −+−=∂∂ c

C t K aV

naV S c

V C hf

rf

t t

t

&& (18)

Como el término2

aV

S c& no pueden anularse, la condición de mínimo vendrá dada por::

011

1

11

=⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ −+−

c

C t aV

nK

hf

rf nn

& (19)


mc

hf

rf

nn

T c

C t

naV

K ≡⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ +⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ −=

&1

1

1

11 (22)

donde, como puede apreciarse, el primer miembro viene dado en unidades de vida de herramienta.



A dicha vida se la denomina vida de herramienta para mínimo coste, T mc.

4.2. Criterio de máxima producción

Se parte de la expresión del tiempo total por componente:

h

crf mnpt

T

t t t t t ++= (23)

que, para una operación de cilindrado en pasada única y teniendo en cuenta la generalización de

Taylor, toma la forma siguiente:

11

11

1

−−

++= nnrf npt aV

K

S t

aV

S t t (24)

Siguiendo el procedimiento mostrado en el caso anterior, haciendo 0=∂

∂

V

t t y 0=∂

∂

a

t t , se podrían

obtener los máximos y mínimos de la expresión. A continuación se va a desarrollar el primero deellos.

011

12

2

1

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −+−=

∂

∂rf

t t t t

K

aV

naV

S

V

t (25)

El punto óptimo para una situación de máxima producción se encuentra sobre 0=∂

∂

V

t t , con el

mayor valor del avance posible



Eva M. Rubio

Ingeniería de procesos de mecanizado



Eva M. Rubio

Ingeniería de procesos de mecanizadoPlanificación de operaciones y procesos de mecanizado

MU en Ingeniería Avanzada de FabricaciónIngeniería de procesos de mecanizado



Mecanizado con control numérico

Máquinas-herramienta y uti llajes

Planificación de operaciones y de procesos de mecanizado

Selección de las herramientas de mecanizado

Análisis de los procesos de mecanizado

Tema 02

Tema 10

Tema 09

Tema 08

Tema 07

Evaluación económica de procesos de mecanizadoTema 06

Vida y ecuaciones de la herramientaTema 05

Desgaste en proceso de corteTema 04

Fundamentos del corte

Tema 03

Clasif icación y estudio de los procesos de mecanizadoTema 01

CONTENIDOSTema

MU en Ingeniería Avanzada de FabricaciónIngeniería de procesos de mecanizadoPlanificación de procesos y operaciones de mecanizado



Índice

IntroducciónSelección de procesos

Operación de mecanizado

MU en Ingeniería Avanzada de FabricaciónIngeniería de procesos de mecanizadoPlanificación de procesos y operaciones de mecaniza



Hasta ahora se han estudiado diferentesaspectos relacionados con los procesos de

mecanizado que abarcandesde la descripción física de los elementoque intervienen en ellos: piezas, htas

máquinas, utillajes y operariohasta el análisis detallado de: la geometríay la cinemática del corte, las fuerzasinvolucradas, la potencia necesaria pararealizar el proceso, los problemas asociadoscon el desgaste de las htas y la duración de

las mismas así como el cálculo de los costes



Índice






La selección de un proceso quedadeterminada por:Las características y propiedades del material delas piezasLa forma y el tamaño de la pieza

Los requerimientos en las tolerancias dimensionalesy el acabado superficial

Los requerimientos de funcionamiento de la pieza

El volumen de producciónEl nivel de automatización para satisfacer elvolumen de producción y la rapidez de producción

Los costes




Limitaciones de los procesos convencionalesEl material es muy duro (> 400 HB)

La pieza es demasiado flexible, delicada difícil de sujetaLa forma de la pieza es complicada

Las tolerancias y los acabados son muyexigente

Hay que minimizar el efecto térmico sobrela pieza y la aparición de tensioneresiduale

NO convencionale



La selección de un proceso quedadeterminada por:La forma y el tamaño de la pieza

Torneado

Fresado

ó




La selección de un proceso quedadeterminada por:La forma y el tamaño de la pieza

Dimensiones y potencia del equipo empleado

L l ó d d




La selección de un proceso quedadeterminada por:Los requerimientos en las tolerancias dimensionalesy el acabado superficial

L l ió d d




La selección de un proceso quedadeterminada por:Los requerimientos de funcionamiento de la pieza

L l ió d d




La selección de un proceso quedadeterminada por:Los requerimientos de funcionamiento de la pieza

+

TornoFresadora

Unión

Obtener una sola pieza mediante

fresado/torneado o fresado/torneado

L l ió d d




La selección de un proceso quedadeterminada por:El volumen de producción

cantidad de piezas a fabricar va a permitideterminar

Tecnología y su nivel de automatizacióDistribución en planta de máquinas y equipo

Flexibilidad de los mismos para adaptarse a locambios de volume

El nivel de automatización para satisfacer el

volumen de producción y la rapidez de producción

C id d l t d




La posibilidad oscila entre los márgenes:

Los casos intermedios más comunes son:

Considerando los conceptos de:variedad y volumen

Producir cualquier producto en cualquier volumen

Producir un único producto en volumen elevado

Muchos productos en pocas unidadesMuchos productos en pequeños volúmenesMuchos productos en volúmenes mediosVarios productos en volúmenes elevadosUn único producto en volúmenes muy elevados



Orden de magnitud de los volúmenes




Automóviles,

tornillos

> 100.000Producción en

masa

Camiones,motores5.000-100.000Lotes grandes

Aviones,matrices

10-5.000Lotes pequeños

Todo1-10Experimental oprototipos

Productos

típicos

Unidades

producidas

VolumenOrden de magnitud de los volúmenes

Tecnología: tipos de automatización




Tecnología: tipos de automatizaciónLa automatización industrial se puede

clasificar en dos grandes grupos:Fija

Volúmenes de producción muy altosProducción en masa

Flexible

Volúmenes de producción medios y bajos





Fija

Se caracteriza por:Tasas de producción

RendimientoDiseño específico de los equipos

Coste de diseño y fabricación de equiposCiclo de vida del equipo acorde con lavigencia del producto en el mercado






Flexible

Se caracteriza por:Tasas de producción medias y bajas

Diversidad de producción a obtenerEquipos adaptables (mediante software) a lavariaciones de los productos

Coste de los equipos, instalación y puesta apunto y mantenimiento

Mayor ciclo de vida de los equipos






FlexiblePCEM

Equipos convencionales

Equipos de Control Numérico






FlexiblePCEMTecnología: tipos de automatización

10 100.000

Distribución en planta o layout




Layout puede ser

FuncionalCelular

Línea

Distribución en planta o layout



Distribución en planta o layout Celular




Agrupación de equipos y procesossegún las operaciones requeridaspara la obtención de un producto

Distribución en planta o layout. Celular



La selección de un proceso quedadeterminada por:




La selección de un proceso quedadeterminada por:Los costes

Personal cualificado

Puesta a punto

Equipos

Mantenimiento

Instalación

Adquisición

Herramientas

Compra

AfiladoSustitución

Índice




Índice



Dado el plano de la pieza se van conocer:




Dado el plano de la pieza se van conocer:

GeometríaRequerimientos dimensionales

Requerimientos de acabado superficialMaterial

de la misma



La geometría y el material de la pieza van adeterminar




g y p

la preforma de partida

la hta o conjunto de htas a utilizarConocida la geometría de la pieza y

establecida la de la preformava a ser conocidala cantidad de material a eliminar

Dicha eliminación se puede hacer en una o envarias pasadas de profundidad p , que habráque determinar en función de la potencia

que tenga la MH y del acabadosuperficial exigido a la pieza

Con respecto a la potencia de la máquinahay que tener en cuenta que si la




p p qhay que tener en cuenta que, si la potencia de la máquina es P m

la potencia útil , P realmente disponible para efectuar el

mecanizado, vendrá dada por: m u P P η =

donde es el rendimiento de las

transmisiones de la máquina y representa las pérdidas que tienen luga

en los elementos de transmisió

Si es P la potencia necesaria para elarranque de viruta con profundidad p




p parranque de viruta con profundidad, p,se debe cumplir que:

P < Pu puesto que, en caso contrario, la máquina no

tendría potencia suficiente para llevar acabo el corte

La potencia disponible para efectuar elcorte suele ser el 80% de la potenciaútil. Esto es: P

≈ 0,8 Pu

La selección de la velocidad de corte, V , va avenir condicionada por:




venir condicionada por:material de la pieza

material de la herramienta elegidatipo de operación (desbaste o acabado)

uso o no de fluidos de corteAdemás, puede que esté supeditada alcumplimiento de un determinado

criterio económicoGeneralmente, los fabricantes de herramientassuelen proporcionar tablas con los valores de la

velocidad de corte recomendados en cada caso




Por último, el avance, a (o f del inglés feed )




g

va a venir determinado Por:

profundidad de pasada elegidamaterial de la pieza

V real impuesta en la máquinaposibles a que la misma proporcione

Analizado:




Analizado:

Plano de la pieza Elegidos:Proceso

MáquinaHerramienta

Preforma

Conocidos:

GeometríaMaterial

PROCEDIMIENTO PRÁCTICO

Será:



Se calcula velocidad de rotación del husillocalculada Nc (rev/min) a partir de la




calculada, Nc (rev/min), a partir de laexpresión:

D

Vr 1000 Nc

π =

Donde:

D (mm) es el diámetrde la piez

Con Nc , se selecciona un valor de lavelocidad de rotación real




velocidad de rotación real

del husillo , N ,de entre los valores disponibles en el tornolo más próximo posible al calculado

REGLA GENERAL

Tomar el valor inferior más cercano

Podrá usarse el superior si se compruebaque el valor de la V≈Vr

Fijada N se obtiene la velocidad de corte real V a




se obtiene la velocidad de corte real V , a

partir de la expresión

1000

DN V

π =

Conocida V y considerando que toda lapotencia que da la máquina se emplea en el

corte, esto es:

Pu 8 ,0 P Pc ==

Se puede calcular la fuerza de corte,F , mediante la expresión:P




F, mediante la expresión

Además, será conocida la presión de corte , p c , del

material de la pieza

V

Pc

Fc =

z co c h p p −

= 1donde:

P co , presión específica de corte

h 1 , espesor de viruta no deformada

z, exponente tabulado para cada material

Se podrá determinar la sección deviruta no deformada: Fc




viruta no deformada

c 1

p

Fc A =

Conocida A 1 y,

habiendo seleccionado una profundidad de pasada, p

se podrá calcular el valor del avancecalculado, a c por:c pa A =1



Una vez obtenidos los valores delas condiciones de corte V a y p




las condiciones de corte, V , a y p

es necesario calcular las potenciasde corte

para comprobar que, realmente, laMH es capaz de proporcionarlasy se pueden llevar a cabo lasoperaciones previstas

En las operaciones de desbaste y acabado,los valores típicos de:




Avance , a Profundidad de pasada, p

Ángulo de posicionamiento de la hta, r Son:

Geometría de la pieza Material de la pieza p c

Plano de la pieza




p

V F c P

c =c 1 p

Fc

A =

p

A

a c 1

=

a

MHPu Operación

HtasGeometría dela preforma

Vr

D

Vr 1000 Nc

π =

1000

DN V

π =

N

Ingeniería de procesos de mecanizadoPlanificación de procesos y operaciones de mecanizado



Eva M. Rubio

Planificación de procesos y operaciones de mecanizado

ingenieria de procesos de mecanizado

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