tecfab ford corte
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Ingeniería de los
Procesos de Fabricación
Conformado por arranque de material
Tema 1. Fundamentos del arranque de material
Tema 2. Herramientas de corte
Tema 3. Procesos de Torneado
Tema 4. Procesos de Fresado
Tema 5. Procesos de Mecanizado de agujeros
Ingeniería de los
Procesos de Fabricación
Fundamentos del arranque de material
1. Introducción
2. Movimientos fundamentales
3. Herramienta elemental
4. Modelo de corte ortogonal
5. Formación de viruta
6. Fuerzas y energía en corte ortogonal
7. Teorías de corte
8. Referencias
Referencias
1. Kalpakjian, Schmid, Manufactura. Ingeniería y Tecnología, 2002
2. M.P. Groover, Fundamentos de la manufactura moderna, 1997
Introducción
Taladro
Torno
Procesos de arranque de material
Fresa
Lima
Cepillo
Mecanizado
convencionalAbrasión
Mortadora
Mecanizado
no convencional
Rectificado plano
Rectificado cilíndrico
Rectificado sin centros
Rectificado interno
Bruñido
Químico
Electroquímico
Electroerosión
Láser
Agua
Introducción
Mecanizado por arranque de viruta:
Procedimiento para modificar formas, dimensiones y acabado
superficial de las piezas, arrancando de éstas una capa de
sobremetal o creces que es transformada en viruta.
Proceso de coste elevado:
Pérdida de material
Energía necesaria para arrancarlo
[Kalpakjian]
Introducción
Máquina herramienta (UNE):
“Máquinas no portables que operadas por una fuente de
energía exterior conforman los materiales por arranque de
viruta, abrasión, choque, presión, técnicas eléctricas…ó
combinación de ellas”
Las variables independientes del proceso son:
Material, recubrimientos y estado de la hta
Forma, acabado superficial y filo de la hta
Material, estado y temperatura de la pieza
Parámetros de corte
Fluidos refrigerantes
Características de la máquina herramienta
Sujeción pieza
Movimientos fundamentales
Movimiento de corte, Mc
Movimiento de avance, Ma
Avance, a
Espesor viruta, t
Mc
Ma
t
a
Movimientos fundamentales
Mc. Hta
Ma: Pieza
Procesos de mecanizado
Mc rectilineo
Limadora
Mortajadora
Mc. Hta
Ma: HtaBrochadora
Mc. Pieza
Ma: HtaCepilladora
Mc. Pieza
Ma: Hta
Mc circular
Torno
Mc. Hta
Ma: HtaTaladro
Mc. Hta
Ma: Pieza
Fresadora
mandrinadora
Arranque de viruta Arranque de partículas
Rot. muela
Tras. pieza
Abrasión
Esmeriladora
Rectif. plana
Rot. muela
y piezaRectif.
cilíndrica
Movimientos fundamentales
Limadora
Ma
Mc
Cepilladora
Ma
Mc
Brochadora
Movimientos fundamentales
Escariado
Roscado
[www.ToolingUniversity.com]
Taladro
Ma
Mc
Herramienta elemental
Ángulo de incidencia, a:
Ángulo entre la sup. de incidencia y el plano de corte medido en el plano
de medida de trabajo
Ángulo desprendimiento, g:
Ángulo entre la superficie de desprendimiento y el plano de referencia de
trabajo medido sobre el plano de medida de trabajo
Ángulo de filo, b:
Ángulo entre la superficie de incidencia y la de desprendimiento medido
en el plano de medida de trabajo.
a
b
g
abg = 90º
Herramienta elemental
Ángulo de inclinación, L:
Es el ángulo entre la arista de corte y la perpendicular al Mc.
L=0
Corte ortogonal
L<0
Corte oblicuo
L>0
Corte oblicuo
L=0ºL=30º
L=15º
Herramienta elemental
Ángulo posición, c:
es el ángulo entre la arista de corte y la dirección del Ma.
c < 90º c = 90º
Herramienta elemental
L=0
Corte ortogonal
L=0
c < 90º
L<0
c<90
Herramienta elemental
Cara de corte
Cara de incidencia
Plano de referencia de trabajo:
Plano perpendicular al movimiento de corte
Plano de corte:
Plano tangente a la superficie de corte
Plano de medida de trabajo:
Plano perpendicular al plano de referencia de trabajo y al
plano de corte
Plano de trabajo:
Plano definido por las velocidades de corte y avance
Cara
desprendimiento
Cara
incidencia
Herramienta elemental
Plano de medida
de trabajo
Plano de trabajo
Plano de referencia
de trabajoPlano arista de corte
V
Avance
Plano de corte
Modelo de corte ortogonal
Relación de corte, r:
Grado recalcado, e:
Hta
Viruta
Piezaa
j
t0
g
tv
0 sin sin
cos cos
s
v s
t tr
t t
j j
j g j g= = =
r = Relación de corte
t = Espesor viruta no def.
tv = espesor viruta deformada
j = Ángulo cizalladura
a = Ángulo incidencia1
re =
jt0
tv
ts
gjg
Modelo de corte ortogonal
Posición plano de cizallamiento
sin sin tan
cos cos cos sin sin cos tan sinr
j j j
j g j g j g g j j= = =
cos tan sin tanr rg j j j =
cos costan
1 sin sin
r
r
g gj
g e g= =
j
t
tv
tsj
t
tv
ts
jj
t
tv
ts
Modelo de corte ortogonal
En la formación de la viruta son importantes tres velocidades
V. de corte, V: velocidad relativa entre hta y pieza (Dirección Vc)
V. de deslizamiento, Vs: velocidad relativa de la viruta respecto lapieza (plano cizallamiento)
V. desprendimiento, Vv: velocidad de la viruta respecto a la hta.(plano desprendimiento)
Relaciones
aj
g
t
B
CA
j
90 + g j
90 - g
Vv
Vs
VTriángulo de velocidades
cos cos
cos sin ;
cos cos
v s
s v
V VV
sen
V V V V
j g j g
g j
j g j g
= =
= =
Formación de viruta
j
Zona deformación
secundaria
Zona deformación
primaria
j
Zona deformación
secundaria
Zona deformación
primaria
El proceso de deformación cortante no ocurre sobre un plano. El
material se deforma dentro de una zona, que llamaremos zona de
deformación primaria.
La fricción entre la viruta y la herramienta produce la zona de
deformación secundaria.
La formación del la viruta depende del tipo de material que se
mecaniza y las condiciones de corte, generando tres tipos de
viruta: discontinua, continua y con filo recrecido.
Formación de viruta
Viruta continua con filo recrecido
Viruta continua Deformación en zona deformación secundaria
[Kalpakjian]
NFR
FFR
FFR
NS
cT
=
=
=
g
j
RF
N
Fs
Ns
Ft
Nt
t0
tv
El círculo de fuerzas muestra que
la fuerza resultante puede
descomponerse de tres formas
diferentes
Fuerzas y energía en corte ortogonal
Fuerzas y energía en corte ortogonal
Según dirección de corte, Ft, y su normal Nt
Según dirección cara desprendimiento, F, y su normal, N
Según plano cizallamiento, Fs, y su normal, Ns
cos
sin tan
t
t t
F R
N R F
g
g g
=
= =
tan
sinsin
cos
coscos
cos
t
t
F
N
F R F
N R F
g
g
= =
= =
= =
jj
g
gjgj
g
gjgj
sinsin ;
cos
sinsin
cos
coscos
00
Ab
tbtAtbA
FRN
FRF
ss
ts
ts
====
==
==
g
j
RF
N
Fs
Ns
Ft
Nt
g
j
RF
N
Fs
Ns
Ft
Nt
0
sin cosss
s
F R
A A j j g= =
Fuerzas y energía en corte ortogonal
Método empírico
Relación entre la fuerza de corte, Ft, y la sección de viruta, A0
Parámetros influyentes en Ks
Características de material a mecanizar
Material y geometría de la herramienta
Coeficiente rozamiento viruta herramienta
Ángulo desprendimiento, g
Ángulo de posición principal, c
Sección de viruta
Velocidad de corte
Lubricación y refrigeración
Desgaste de la herramienta
0
ts
FK
A=
Presión específica de corte
Fuerzas y energía en corte ortogonal
Potencia absorbida en el corte:
Pc = Ft vc
Se invierte en:
Cizallamiento
del material, 75%
Rozamiento
Viruta-Hta, 20%
Energía cinética
Enrollamiento, %5
Teorías de corte
Ernst & Merchant, 1941
Merchant, 1945
Stabler, 1951
Lee & Shaffer, 1951
Hucks, 1951
Shaw, Cook, Finnie, 1953
Black & Huang, 1995
2
´
224
gj =
224
baf =
24
g
j =
2
22tancot
4
11 gj
=
K
´4
hg
j =
24
gj
=
g
j =
2
2tan
4
1
Teoría de corte Merchant
M. Eugene
Merchant
22
j g =
1era Teoría Merchant
Buenos resultados con plásticos sintéticos, malos con otros como
el acero.
Consecuencia de admitir que todos los materiales son isótropos
0s sk =
arctg(k)
s
s
0
2 Ctej g =
2a Teoría Merchant
Ingeniería de los
Procesos de Fabricación
Conformado por arranque de material
Tema 1. Fundamentos del arranque de material
Tema 2. Herramientas de corte
Tema 3. Procesos de Torneado
Tema 4. Procesos de Fresado
Tema 5. Procesos de Mecanizado de agujeros
Ingeniería de los
Procesos de Fabricación
Herramientas de corte
1. Introducción
2. Duración y desgaste de la herramienta
3. Economía de corte
4. Materiales para herramientas
5. Referencias
Introducción
Casi toda la energía que se consume en el mecanizado (aprox. 98%) es
convertida en calor.
La energía restante se retiene como energía elástica en la viruta.
Existen métodos aproximados para el cálculo de la temperatura en la
herramienta, sin embargo para un correcto cálculo es necesario el uso de los
elementos finitos.
La temperatura máxima se forma en la zona de rozamiento entre la viruta y la
herramienta.
Zonas de generación
de calor
Temperatura en el corte de metales
Introducción
Las temperaturas de corte
Se ha visto que la temperatura media en el torneado es proporcional a la
velocidad de corte y al avance
basVT
Aumentan con:
Resistencia del material de la pieza
Velocidad de corte
Profundidad de corte
Disminuye con:
Calor específico y la
conductividad térmica del
material de la pieza.
Temperatura en el corte de metales
Introducción
El proceso de deformación cortante no ocurre sobre un plano. El material
se deforma dentro de una zona, que llamaremos zona de deformación
primaria.
La fricción entre la viruta y la herramienta produce la zona de deformación
secundaria.
La formación del la viruta depende del tipo de material que se mecaniza y
las condiciones de corte, generando tres tipos de viruta: discontinua,
continua y con filo recrecido.
Viruta
Velocidad de corte
En
erg
ía (
%)
Formación de viruta
Duración y desgaste de las herramientas
Las condiciones de corte para las cuales se obtiene una vidarelativamente corta son antieconómicas ya que requieren decontinuos reafilados o sustituciones de herramienta. Por otra parte,usar velocidades y avances muy pequeños con los que seobtendría una gran duración de herramienta es igualmenteantieconómico, ya que retrasa la producción.
El desgaste es un proceso gradual, su velocidad depende de losmateriales de la herramienta y pieza, geometría de la herramienta,fluidos de corte, parámetros del proceso y de las características dela máquina herramienta.
Cualquier mejora en el material de la herramienta o la pieza queaumente la duración de la herramienta es beneficioso.
La vida de las herramientas de corte puede llegar a su fin porvarios motivos:
Desgaste gradual (recomendado), en la cara de incidencia ydesprendimiento
Rotura, Grietas
Duración y desgaste de las herramientas
Mecanismos de desgaste
Adhesión: ocasionado por el desprendimiento del materialadherido a la herramienta (filo recrecido).
Abrasión: ocurre cuando las partículas endurecidas de laviruta pasan sobre la cara de desprendimiento de la herramienta yarrancan material. (de filo recrecido (endurecido por deformaciónplástica), de la herramienta o del material a cortar).
Difusión: ocurre cuando los átomos de una red cristalinametálica se desplazan de una región de concentración atómica alta auna de concentración baja
Tipos básicos de desgaste
Desgaste cara desprendimiento
Desgaste cara incidencia.
Cara
desprendimiento
Cara incidencia
KT =Profundidad cráter
KBKM
Duración y desgaste de las herramientas
Criterios de duración de una herramienta
CráterCara desprendimiento
A
A´
r
Línea profundidad de corte
VB: desgaste medio
VNVB
VC
Cara
desprendimiento
Cara
incidencia
KT = Profundidad
cráter
KBKM
Sección AA´
[Boothroyd]
Duración y desgaste de las herramientas
[Kalpakjian] Source: J. C, Keefe, Lehigh University.
Desgaste cara desprendimiento
Craterización
Desgaste cara incidencia
Duración y desgaste de las herramientas
Desgaste
AB
B B´
A
A
A´B´
B
Criterios de duración de una herramienta
Duración y desgaste de las herramientas
Los criterios recomendados por la ISO para definir la
duración efectiva de las herramientas son:
Acero rápido o cerámicas:
1. Fallo catastrófico
2. VB= 0.3mm si el flanco está desgastado regularmente en la zona B
3. VBmáx= 0.6 si el flanco está desgastado irregularmente en la zona B
Carburo Sinterizado
1. VB= 0.3mm
2. VBmáx= 0.6mm si el flanco está desgastado irregularmente en la
zona B
3. KT= 0.06+0.3f, donde f es el avance
Criterios de duración de una herramienta
Duración y desgaste de las herramientas
Taylor estudió este fenómeno y en el año 1907 publicó su teoría,
donde establecía una relación aproximada para la vida de las
herramientas:
Desgaste en cara de incidencia
ln(T)
ln(velocidad)
V1 V3V2
Tres zonas:
Desgaste por abrasión y adhesión
(filo superpuesto)
Desaparición filo superpuesto y
desgaste
Aparición desgaste por difusión
Zona 3: óptima de trabajo
Duración y desgaste de las herramientas
Modelo de Taylor:
CteVT n =proceso del scondicione Variable n
minutosen aherramient Vida T
corte de Velocidad V
=
=
=
Existen límites a los valores de n para cada material de herramienta.
ln(T)
ln(velocidad)
TFrederick W. Taylor
1856-1915
Economía de corte
1. Índice de máxima producción
2. Mínimo coste
3. Máximo beneficio
Tiempos por pieza
Tm= Tiempo de maniobra
Tc= Tiempo de corte
Tiempo por lote
Tr= Tiempo de reglaje de la máquina para esa pieza
Tiempo por filo
Tch= Tiempo de cambio de herramienta
Costes
Pm= Tasa horaria de la maquina
Ph= Coste de la herramienta
Paf= Coste de un afilado
Naf= Número de afilados posibles en la herramienta
Pf= Coste de un filo
Condiciones
N= nº piezas lote
Np= nº piezas que podemos fabricar con un filo
Notación
Economía de corte
Coste filo
Coste del lote
Herramientas carasTe grandes
Herramientas de difícil afiladoTe grandes
Herramientas de cambio difícilTe grandes
Tasa horaria grandeTe pequeños
Tiempo más económico
1
=
af
afafh
fN
NPPP
mchfmcmr PTnp
NP
np
NPNTTTP =
Aplicando Taylor
0=
V
Pm
mchf
eP
PTP
n
nT
=
1 Coste total
Coste
mecanizado
Coste
cambios hta
Coste htaCostes
noproductivos
Velocidad de corteC
oste
un
ita
rio
Economía de corte
Se busca que el tiempo de fabricación por pieza sea mínimo
Tiempo de máxima producción
Tiempo total
Tiempo mecanizado
Tiempo cambio htaTiempos
noproductivos
Velocidad de corte
Tie
mp
o p
or
pie
za
N
TT
n
TTT r
m
p
chcu =
chp Tn
nT
=
1Aplicando Taylor
0=
T
Tu
Materiales para herramientas
Características exigibles:
Dureza en caliente.
Resistencia al desgaste.
Alta tenacidad.
Poco rozamiento en viruta-herramienta.
Alta conductibilidad térmica.
Coste favorable.
Categorías materiales
1. Aceros al carbono
2. Aceros de alta velocidad
3. Aleaciones de cobalto fundidas
4. Carburo cementado (WC)
5. Cermet (TiC)
6. Cerámicas a base de alúmina (Al2O3)
7. Nitruro de boro cúbico
8. Cerámicas a base de nitruro de silicio
9. Diamante policristalino
10. Diamante natural
Materiales para herramientas
Material nCte
(m/min)
Acero hta. al carbono
Corte metales 0.1 70
Corte acero 0.1 20
Acero alta velocidad
Corte metales 0.125 120
Corte acero 0.125 70
Carburo cementado
Corte metales 0.25 900
Corte acero 0.25 500
Cermet (TiC)
Corte acero 0.25 600
Carburo recubierto
Corte acero 0.25 700
Cerámica
Corte acero 0.6 3000
CteVT n =
[Groover]
Material AñoVelocidad
(m/min)
Acero hta. al carbono
Corte metales 1800 10
Corte acero 1800 5
Acero alta velocidad
Corte metales 1900 25-65
Corte acero 1900 17-33
Aleaciones fundición de cobalto
Corte metales 1915 50-200
Corte acero 1915 33-100
Carburo cementado (WC)
Corte metales 1930 330-650
Corte acero 1940 100-300
Cermet (TiC) 1950 165-400
Cerámica (Al2O3) 1955 330-650
Diamante sintético1954-
73390-1300
Nitruro de boro
cúbico1969 500-800
Carburo recubierto 1970 165-400 [Torneado, s= 0.25m/rev, p= 2.5mm]
Materiales para herramientas
Aceros al carbono y de baja aleación.
Poco costosos y fáciles de conformar y afilar, pero no tienen suficiente dureza en caliente, ni resistencia al desgaste para cortar a grandes velocidades.
Su uso está limitado a operaciones de corte a muy baja velocidad.
Aceros rápidos o de alta velocidad (1/3)
Se comenzaron a utilizar a partir de 1890, y sonlos aceros de herramienta con más alta aleación.
Se utilizan para herramientas con ángulo dedesprendimiento positivos, cortes interrumpidos ypara máquinas herramientas con baja rigidez,sometidas a vibraciones.
Aceros al carbono
Tipo W2 W5
Carbón 0.60-1.40 1.10
Manganeso 0.35 máx
Silicio 0.35 máx
Cromo 0.20 máx 0.5
Vanadio 0.25W, Co, Mo, Mn mejor dureza en caliente.
Ni, V mejor tenacidad.
Si más resistencia a la abrasión.
(Vc 10 - 20 m/min.)
Materiales para herramientas
Aceros rápidos o de alta velocidad (2/3)
La serie M contiene hasta un 10% de molibdeno, con cromo, vanadio,
tungsteno y cobalto como aleantes.
La serie T tiene entre 12 y 18% de tungsteno, además de cromo,
vanadio y cobalto.
En general la serie M tiene mayor resistencia a la abrasión que la
serie T, sufre menos la distorsión durante el tratamiento térmico y es
más barata.
Se pueden fabricar mediante forja, colada o sinterización, se pueden
recubrir (Nitruro de titanio, TiN) y tratar térmicamente.
Limitada velocidad de corte
Acero rápido al Tungsteno
Grado T1 T15
Carbón 0.7 1.55
Tungsteno 18.0 12.0
Cromo 4.0 4.5
Vanadio 1.0 5.0
Molibdeno -- 0.6
Cobalto -- 5.0
Acero rápido al Molibdeno
Grado M2 M41
Carbón 0.85 1.10
Tungsteno 6.0 6.75
Cromo 4.0 4.25
Vanadio 2.0 2.0
Molibdeno 5.0 3.75
Cobalto -- 5.0
Materiales para herramientas
Aceros rápidos o de alta velocidad (3/3)
Acero rápido
Elemento Propiedades
TungstenoIncrementa la dureza en caliente
Mejora la resistencia a la abrasión a través de la formación de carburos duros en HSS
MolibdenoIncrementa la dureza en caliente
Mejora la resistencia a la abrasión a través de la formación de carburos duros en HSS
Cromo
Profundiza el temple
Mejora la resistencia a la abrasión a través de la formación de carburos duros en HSS
Resistencia a la corrosión
VanadioSe combina con el carbono para mejorar la resistencia al desgaste
Retarda el crecimiento de grano para mejorar la tenacidad
Cobalto Incrementa la dureza en caliente
CarbonoElemento principal de endurecimiento del acero
Proporciona carbono para formar carburos e incrementa la resistencia al desgaste
(Vc hasta 40 m/min.)
Materiales para herramientas
Aleaciones de fundición de cobalto
Contienen de 40 a 50% de cobalto; de 25 a 35% de cromo, y
tungsteno, por lo general del 15 al 20%, con trazas de otros
elementos.
Se hacen mediante fundición en moldes de grafito y después
se esmerilan para darles el tamaño y afilado final.
La resistencia al desgaste es mejor que la del acero de alta
velocidad, pero no tanto como los carburos cementados.
La tenacidad es mejor que la de los carburos, pero peor que la
de los aceros rápidos.
La dureza en caliente se sitúa también entre ambos
materiales.
Las aplicaciones de las herramientas de fundición de cobalto
se sitúan entre las de HSS y las de carburos cementados.
Materiales para herramientas
Carburos cementados, cermets y carburos recubiertos
Terminología taller
Cermets
Cerámicos
Metales
Pulvimetalurgia
Carburos
Carburos cementados
(Metales duros)
Cermets
Carburos recubiertos
Compuestos cerámico–metálicos
que contienen TiC, TiN y otros
materiales cerámicos excepto WC
Compuestos cerámico–metálicos que
contienen carburo de tunsteno, WC
Carburos cementados recubiertos
Materiales para herramientas
Carburos cementados (Metales duros)
Formulados con carburo de tungsteno (WC), y fabricados mediante
metalurgia de polvos, se utiliza el cobalto (Co) como aglutinante.
Además del WC, puede haber otros compuestos de carburo en la
mezcla, como el carburo de titanio (TiC) o el carburo de tantalio
(TaC).
Las primeras herramientas que se fabricaron eran de WC-Co y se
utilizaron para mecanizar el hierro. Con acero los resultados eran
malos, ya que se provoca un desgaste acelerado por adhesión y
difusión en la interfase viruta-herramienta debido a la fuerte afinidad
química entre el acero y el WC-Co.
Posteriormente se descubrió que la adición de carburo de titanio (TiC)
y de carburo de tantalio (TaC) a la herramienta retardaba el desgaste
de la herramienta cuando se trabajaba con acero.
Grado de corte para metales no acerados. Al, Latón, cobre, magnesio,
titanio, hierro fundido, etc.
Grado de corte para metales no acerados: Acero bajo carbono,
inoxidable, etc.
Materiales para herramientas
Carburos cementados (Metales duros)
Widia carburo al tungsteno.
Clasificación: (ISO/TC 29) Mayor dureza.
- Aceros P10 P40
- Fundiciones K10 K40
- Especiales M10 M40
Mayor tenacidad
Mayor dureza
Aceros
P01 Acabado
Desbaste
P10
P20
P30
P40
P50
Fundiciones
M10 Acabado
Desbaste
M20
M30
M40
Especiales
K01 Acabado
Desbaste
K10
K20
K30
K40
Mayor tenacidad
Materiales para herramientas
Cermets
El término cermet generalmente se reserva para las combinaciones decarburo de titanio (TiC), Nitruro de titanio (TiN) y carbonitruro de titanio(TiCN) usando níquel y/o molibdeno como aglutinantes.
Usados para acabados a altas velocidades y semiacabados de aceros,aceros inoxidables y fundiciones de hierro.
Permiten velocidades de corte superiores a los carburos.
Carburos recubiertos (1/2)
Se desarrollaron alrededor de 1970.
Son carburos recubiertos con una o más capas delgadas de un materialresistente al desgaste como TiN, TiCN y Al2O3.
El recubrimiento se aplica por deposición química o física de vapor.
La primera capa se aplica al WC-Co, TiN ó TiCN debido a su buenaadhesión y a su similar coeficiente de expansión térmico. Posteriormentese aplican capas adicionales de TiN, TiCN y Al2O3.
El espesor varía entre 2 y 13 micras, recubrimientos más gruesos son frágiles.
Materiales para herramientas
Carburos recubiertos (2/2)
Se utilizan mejor a altas velocidades de corte donde las fuerzas
dinámicas y el choque térmico son mínimos. En caso contrario es
mejor utilizar los carburos sin recubrir ya que son más tenaces.
El uso de herramientas de carburo recubierto se está extendiendo a
metales no férreos y aplicaciones no metálicas para mejorar la vida
de la herramienta, así como para obtener mayores velocidades de
corte.
[www.toolinguniversity.com]
Materiales para herramientas
Cerámicos
Se empezaron a utilizar en USA a mediados de los 50.
Compuestos principalmente por óxido de aluminio de grano fino,
prensado y sinterizado a altas presiones y temperaturas.
El productos final se llama cerámica blanca.
Muy alta resistencia a la abrasión y dureza en caliente.
Más estables que los aceros rápidos y los carburos, por lo que tienen
menos tendencia a formar filo recrecido.
Carece de tenacidad y es sensible al choque térmico.
Se utilizan en mecanizados de alta velocidad e ininterrumpidos.
Materiales para herramientas
Características de los materiales cerámicos:
Coeficiente de rozamiento < que el metal duro.
Vc entre 400 - 800 m/min.
Buen acabado superficial.
Conductividad térmica baja.
Muy duros (frágiles).
Materiales para herramientas
Diamantes sintéticos y nitruro de boro cúbico (Borazón) (1/2)
El diamante es el material más duro que se conoce. Su dureza es del
orden de 3 ó 4 veces la del carburo de tungsteno o que el óxido de
aluminio.
Las herramientas de corte de diamante sintético se hacen con
diamante policristalino sinterizado y se comenzaron a utilizar en la
década de los 70.
Los insertos se hacen depositando una capa de diamante
policristalino sinterizado sobre la superficie de carburo cementado.
Materiales para herramientas
Diamantes sintéticos y nitruro de boro cúbico (Borazón) (2/2)
Se utiliza para mecanizado de alta velocidad de metales no ferrosos y
abrasivos no metálicos como fibras de vidrio y grafito.
No se utiliza para acero, metales ferrosos y aleaciones de níquel por
su afinidad con el carbono.
Después del diamante el material más duro es el nitruro de boro
cúbico (CBN) y su fabricación es similar a la del diamante.
El Nitruro de boro cúbico no tiene afinidad con el carbono, por lo que
se puede utilizar para mecanizar acero, metales ferrosos y aleaciones
de níquel.
Evidentemente las ambos tipos de herramientas son costosas y su
uso debe estar justificado.
Vc 2000 m/min
Materiales para herramientas
Diamante, Nitruro de Boro Cúbico
Óxido de aluminio (HIP)
Óxido de aluminio
30% carburo de titanio
Nitruro
de silicio
Cermets
Carburos
recubiertos
Carburos
Acero rápidoDure
za e
n c
alie
nte
y r
esis
tencia
a la a
bra
sió
n
Resistencia y Tenacidad
Ingeniería de los
Procesos de Fabricación
Conformado por arranque de material
Tema 1. Fundamentos del arranque de material
Tema 2. Herramientas de corte
Tema 3. Procesos de Torneado
Tema 4. Procesos de Fresado
Tema 5. Procesos de Mecanizado de agujeros
Ingeniería de los
Procesos de Fabricación
Procesos de Torneado
1. Introducción
2. Herramienta de torneado
3. Máquina herramienta
4. Operaciones
5. Sujeción piezas
6. Nomenclatura plaquitas
7. Referencias
Introducción
El torno de alfarero Accionamiento con las piernas
Eje vertical
Torno de madera Movimiento alternativo
Accionamiento por arco
Eje horizontal
Introducción
a) Bancada
b) Cabezal
c) Carro (conjunto de mecanismos que
gobiernan y dirigen los movimientos de
la herramienta).
d) Contracabezal o contrapunto (cabezal
móvil que soporta la pieza por un
extremo).
Accionamiento:
1 Continuidad en el trabajo.
2 Uniformidad de resultados
3 Economía c
va
vcc
b d
a
Introducción
El cilindro gira y el punto P sedesplaza con trayectoriarectilínea paralela al eje delcilindro.
El resultado de la combinaciónde los dos movimientos recibe elnombre de hélice.
La trayectoria de la hélicequedará marcada en la pieza,formando una ranura.
Si el paso o distancia que sedesplaza la herramienta en cadavuelta es muy pequeño, elresultado será un cilindro derevolución de menor diámetrocomo consecuencia del arranquede viruta.
P’ P
Herramienta de torneado
Angulo de desprendimiento (g)
Es el ángulo formado por la superficie de desprendimiento y laperpendicular a la superficie de la pieza en el punto de contacto.
Angulo del útil o ángulo de herramienta (b)
ángulo formado por la superficie de incidencia y la dedesprendimiento.
Angulo de incidencia (a)
ángulo formado por la superficie de incidencia y la superficie trabajadaen la pieza.
Angulo de corte (d)
Suma del ángulo de hta con el ángulo de incidencia
a
b
g
abg = 90º
Herramienta de torneado
Radio
Ángulos de punta
Cuerpo
Filo Ppal.
Filo secundario
Plano incidencia
Plano
desprendimiento
Plano incidencia
secundario
g>0
a
b
c
Ft
Nt p
a
g<0
Ángulo
posición, c
p
Ángulo inclinación, L<0
Configuración negativa
Ángulo inclinación, L>0
Configuración positiva
L<0
L=0
L>0
Configuración neutra
Herramienta de torneado
Configuraciones
Herramienta de torneado
FtNt
Nta
Ntr
cCilindrado
Velocidad husillo
Velocidad de giro
Velocidad de corte
Avance por vuelta
Profundidad de pasada
Ft, Nt
Potencia
P= profundidad pasada
sup. mecanizada
t= profundidad de corte
filo de corte
a= avance
avance
b= ancho de corte
filo de corte
s
pb t
c
Sección viruta
p
s
b
tc
Sección viruta
Ft
Nt
Nta
Ntr
c
Refrentado
p
s
s
p
Máquina Herramienta
Horizontal
CNC
Vertical
Revolver
Automático
Máquina Herramienta
a) Caja de velocidades del árbol
principal.
b) Bancada.
c) Contracabezal.
d) Delantal y carro principal.
e) Caja de avances.
f) Arbol barra de cilindrar.
ck
b
a
h
e
df
g
i
j
g) Carro transversal.
h) Arbol husillo de roscari) Barra de accionamiento del interruptor eléctrico. j) Plato universal. k) Torreta portaherramientas.
Máquina Herramienta
Torreta porta-htas
Carro porta Htas
Interruptor
marcha-paro
Árbol cilindrar
Cremallera
Árbol roscar
Operaciones
Tronzado
Mandrinado
Perfilado
Ranurado
Cilindrado
Roscado
Refrentado
Torneado cónico
Moleteado
Taladrado
Ranurado
Perfilado
Operaciones
Cilindrado exterior
Copiado
Refrentado
Roscado
Ranurado
Cilindrado interior
mandrinado
Sujeción de piezas
Platos de garras
autocentrantes.
Platos de garras independientes.
• Para piezas irregulares
• Las garras invertidas piezas de
mayor diámetro.
[Saba]
Platos de garras
Sujeción de piezas
Garras blandasSin garras
[Saba]
Platos de garras
Sujeción de piezas
FL/D<3
Voladizo
Entre puntosF
Perro arrastre
Contrapunto
Sujeción de piezas
Luneta fija
F
Luneta móvil
F
Luneta fija
3<L/D<5
Lunetas
Ejemplo mecanizado
Selección material y preforma Refrentado Taladrado Cilindrado
Cilindrado cónicoRoscado
Cilindrado
VolteadoTaladrado
Refrentado Ranurados
Moleteados
Ejemplo mecanizado
Antes de comenzar:
-Seleccionar los materiales para mecanizar la pieza.
-Cortar a medida las piezas a partir de barras laminadas o perfiladas.
-Practicar los centros en los extremos de la pieza si es necesario.
-Limpiar las piezas de fundición.
-Preparar previamente todos los utillajes, accesorios, montajes, escuadras, contrapesos,
cuchillas, etc.
Ejemplo mecanizado
• Plato y contrapunto
• El punto es giratorio respecto a la pieza,
para evitar el rozamiento.
• Excepcionalmente se emplean puntos fijos,
en cuyo caso hay que engrasarlo para evitar
que se queme la punta.
•Mecanizado de un cono
•Se pueden mecanizar troncos de cono
automáticamente con el carro
principal, previo desplazamiento
lateral de la contrapunta.
Ejemplo mecanizado
Antes de comenzar a roscar hay queasegurarse de que la herramienta estásituada de forma correcta.
Para verificar esta posición se empleauna plantilla que debe coincidir con elángulo del perfil de la rosca que se desearealizar.
El eje de la herramienta debe ser labisectriz del ángulo del filete y, además,debe ser perpendicular al eje de la piezaa mecanizar.
Ingeniería de los
Procesos de Fabricación
Conformado por arranque de material
Tema 1. Fundamentos del arranque de material
Tema 2. Herramientas de corte
Tema 3. Proceso de Torneado
Tema 4. Procesos de Fresado
Tema 5. Procesos de Mecanizado de agujeros
Ingeniería de los
Procesos de Fabricación
Procesos de fresado
1. Introducción
2. Geometría Herramienta
3. Geometría plaquitas
4. Operaciones de fresado
5. Tipos de fresas
6. Sujeción de fresas
7. Sujeción de piezas
8. Referencias
Introducción
El movimiento fundamental de corte lo posee la herramienta y en
circular.
La herramienta posee varios filos de corte.
El movimiento de avance lo lleva la pieza.
Introducción
Diferencias sustanciales entre torno y fresa:
La herramienta es cilíndrica y posee varios filos de corte
El corte de cada uno de ellos nos es continuo, lo que conlleva
choques, vibraciones, etc.
La sección de viruta durante el corte de cada uno de los dientes es
variable, presentando un máximo y un mínimo.
Ma
Mc
Introducción
Clasificación operaciones
Según posición eje de giro
Periférico Frontal
Eje de giro
perpendicular a
superficie principal
Eje de giro paralelo a
superficie principal
Introducción
Clasificación operaciones
Según sentido de giro
Fresado
en oposición
Fresado
en concordancia
Introducción
Fresadoras
Fresadora de Eje VerticalFresadora de Eje Horizontal
Geometría de la herramienta
Enterizas: de acero rápido o metal duro,
De Plaquitas: de metal duro con sujeción mecánica o soldadas al
portaherramientas
Filo principal
Superficie incidencia
Superficie
desprendimiento
• Ángulo de incidencia, a
• Ángulo herramienta, b
• Ángulo desprendimiento, g
• Ángulo de inclinación, L
a
b
g L
Geometría de la herramienta
Ángulo de posición, c
Ángulo inclinación filo axial, LA
Ángulo inclinación filo radial, LR
Geometría de la herramienta
Ángulo de posición, c
Ángulo formado por el filo de corte y la dirección del avance
↓c t ↓ ; b↑
S S
t1
t2
c= 90º c= 45º
Ángulo
posición, c
Geometría de la herramienta
Ángulo inclinación axial
positivo
LA>0
Ángulo inclinación
axial negativo LA<0
Plano axial LA=0
Ángulo inclinación, L
Geometría de la herramienta
Ángulo inclinación, L
Plano radial LR=0
LR>0
Ángulo inclinación radial positivo
Ángulo inclinación radial negativo
LR<0
Geometría de la herramienta
Ángulo hélice
Hélice
a derecha
L>0
Hélice
a izquierda
L<0
Ángulo inclinación, L
Geometría de la herramienta
Configuraciones
Positiva-Positiva:
Ángulos de desprendimiento e inclinación positivos
La plaquita debe llevar tallados los ángulos de incidencia
No son reversibles
Buena evacuación viruta
Filo corte agudo
g>0
L>0+ / +
Geometría de la herramienta
Configuraciones
Positiva-Negativa:
Ángulo de desprendimiento negativo e inclinación positivo
La plaquita debe llevar tallados los ángulos de incidencia
No son reversibles
Filo corte robusto
g<0
L>0+ / -
Geometría de la herramienta
Configuraciones
Negativa-Negativa
Ángulos de desprendimiento e inclinación negativos
La plaquita no debe llevar tallados los ángulos de incidencia
Son reversibles
Mala evacuación viruta
Filo corte muy robusto
g<0
L<0
- / -
Geometría plaquitas
Unión entre filos:
Filos de corte:
Reversibles no reversibles.
Radio de punta
faceta paralela
Faceta negativa
Operaciones de fresado
Frontal
Periférico
PlaneadoCompuesto
Forma
Ranurado
Combinado
Operaciones de fresado
Características herramienta
Diámetro (mm)
Nº de dientes (Z)
Condiciones de corte
Velocidad de corte, v (m/min)
Velocidad de giro de la herramienta, n (rpm)
Avance por diente, Sz (mm/diente)
Avance por vuelta, Sn (mm/vuelta) Sn=Sz* z
Velocidad de avance, S (mm/min) S = Sn*n
Profundidad de pasada axial, aa (mm)
Profundidad de pasada radial ar (mm)
Operaciones de fresado
Fresado periférico
D
R-ar
ar
i
ti
tmáx
S´
Sz
aa=b*SincCosL
Sz
ti
i
Espesor cualquiera:
ti = Sz sini sinc
L
aS
L
aSb
D
aS
DaD
aDaDD
D
aS
aDaDR
aR
R
aR
aDaD
S
aiZ
aiZ
rZ
r
rr
rz
rrr
r
rrZ
cossin
cossinsinsin*tA :rutaSección vi
sint
2sin
0 :a Si
sin*2
t:medioEspesor
21sin
sin1cos
sin*2
t:máximoEspesor
i
mr
m
2
2
máx
c
c
c
c
c
===
=
=<<
=
=
=
=
=
=
Operaciones de fresado
Fresado frontalSz
caa
i
aa = b*sin c*CosL
H1 Hc
H
H1
i
i
Sz
S´
DH
H1
ti
c
c
c
cc
c
c
c
c
sin*2
22
sincoscos
sin
sinsin
sinsin11
t
sin*2
t:medioEspesor
sin*2
t:máximoEspesor
sinsintsin
sin*t :cualquieraEspesor
21
m
m
máx
i
1
1i
2
1
2
1
2
1
D
aS
R
a
R
aSS
dS
dSdt
D
aS
aDaD
S
SSHH
HH
rZrrZZ
iiZ
iiZii
rZ
rrZ
iZ
iZ
=
==
====
=
=
=
=
=
Tipos de fresas
Cilíndricas
Helicoidales
Acero rápido
Cilíndrico-frontales
Filos ppal y secundario
Dos caras de desprendimiento
Dos caras de incidencia
De plato
Tipos de fresas
De perfil constante
Se utilizan para la construcción de superficies perfiladas.
La sección del diente permanece constante a pesar de los afilados.
El afilado se efectúa únicamente en la cara anterior del diente, o sea,
sobre la superficie de desprendimiento, según planos radiales
Sujeción de fresas
Montaje con árbol portafresas
Las fresas cilíndricas, de disco y de forma, se fijan sobre el árbol portafresas.
El árbol se fija al husillo mediante un cono ISO y un tirante roscado que
atraviesa el husillo en toda su longitud.
Dos chavetas frontales de arrastre obligan al árbol y al husillo a girar
conjuntamente.
El arrastre de la fresa realiza mediante chaveta situada en el árbol.
La colocación de la fresa en la posición deseada se consigue mediante
casquillos rectificados.
Una vez montada la fresa se coloca el soporte y la tuerca amarre.
Sujeción de fresas
Fijación sobre mandril
Un mandril es un eje corto de extremo cónico normalizado, en cuya
parte delantera lleva un asiento para la fresa, provisto de chavetero
para el arrastre de la herramienta.
El cierre axial lo efectúa un tornillo, cuya cabeza se introduce en un
avellanado que lleva la fresa.
El mandril se sujeta por medio de un tirante, de igual modo que si se
tratara del árbol portafresas.
Sujeción de fresas
Fijación sobre mandril fresas de mango
Las fresas de mango se montan directamente
Fijación con pinzas
Sujeción de piezas
Inmovilizar y orientar la pieza.
Dejar libres las superficies a mecanizar.
Evitar deformaciones en pieza y elementos auxiliares.
Minimizar tiempo de cambio de pieza
Mordazas o tornillos
Giratorias
Sencillas Universales
Ingeniería de los
Procesos de Fabricación
Conformado por arranque de material
Tema 1. Fundamentos del arranque de material
Tema 2. Herramientas de corte
Tema 3. Proceso de Torneado
Tema 4. Procesos de Fresado
Tema 5. Procesos de Mecanizado de agujeros
Ingeniería de los
Procesos de Fabricación
1. Introducción
2. Taladrado
2.1 Herramientas
2.2 Operaciones
3. Escariado
4. Roscado
5. Brochado
6. Referencias
Mecanizado de agujeros
Introducción
Es una de las operaciones más importante en la fabricación de
componentes metálicos.
Los agujeros tienen los más diversos fines: alojar remaches, tornillos
pernos, émbolos, dejar fluir gases o líquidos, etc.
Se entiende por operación de taladrado la obtención de un agujero
cilíndrico o cónico por medio de una herramienta de dos filos que penetra
en el material arrancando viruta.
Según las funciones a que van destinados los agujeros podemos
distinguir varios tipos:
Pasante
Ciego
Avellanado
Con un escalón
Cónico
Escalonado
Taladrado. Herramientas
La herramienta más utilizada para el taladrado de agujeros es la
broca helicoidal.
Se trata de una herramienta cilíndrica dotada de dos filos frontales
y dos amplias ranuras que la envuelven en forma de hélice a lo
largo de su superficie lateral, permitiendo la salida de viruta.
Mc: rotacional
Ma: LinealHerramienta
Ma
Mc
Taladrado
Brocas helicoidales:
Ángulo de punta
Ángulo de gavilanes
Ángulo de punto muerto o arista
Ángulo de hélice.
Partes:
Cuerpo
Filos
Mango
Mango Cuerpo
Filos
Canales
Ángulo de punta
Ángulo de punto muerto
a
b
g
Ángulo de punta
Ángulo de punto muerto
a
b
g
Ángulo de
hélice
Ángulo de
gavilanes
Ángulo de
hélice
Ángulo de
gavilanes
Taladrado
Verificación geometría
Longitud de los filos
Angulo de punta
Ángulo de incidencia, a
[M.H.1]
Longitud de los filos Angulo de punta Ángulo de incidencia, a
Taladrado
Geometría de la broca según material
Varían los ángulos de la punta g de desprendimiento, tal y como se
puede apreciar en la figura.
El ángulo a de incidencia varía desde 9º para materiales muy duros,
hasta 12º para aceros blandos y semiduros y 15º para materiales
blandos.
140º 118º 130º 80º
Taladrado
Otros tipos de brocas
Taladro Sondeo Taladro escalonado Abocardado
Avellanado Escariado Taladro
de centro
Taladro
cañón
[Kalpakjian]
Pta de cigueñal
Escariado
Los escariadores, que pueden emplearse a mano o a máquina,
son herramientas que sirven para dejar a dimensiones exactas y
para afinar los agujeros ya taladrados, por ejemplo con una broca
helicoidal.
Los escariadores cilíndricos arrancan un espesor de material
variable entre 0.1 y 0.4mm según el diámetro del agujero y según
la velocidad de rotación del husillo.
Los dientes pueden ser rectos o helicoidales
Roscado
Roscado con macho
Proceso de mecanizado por arranque de viruta, utilizado para el
tallado de una rosca interior partiendo de un agujero previo.
Se realiza manualmente o a máquina.
Los filetes de la rosca, que actúan como caras de incidencia, se
encuentran destalonados para dar un valor positivo al ángulo de
incidencia.
Destalonamiento
Talón Filo
CanalCara
Brochado
Brochado
Descripción máquinas
Descripción herramientas
Materiales herramientas
Descripción del proceso
Sujeción de piezas y herramienta
Parámetros del proceso
Brochado
Proceso similar al limado, capaz de conseguir piezas de gran calidad
En una misma herramienta se combinan los dientes de desbaste, semiacabado yacabado.
El movimiento de corte y el de avance son lineales y lo lleva la hta.
El espesor de viruta es un detalle constructivo de la herramienta (brocha)
La superficie de la pieza es el negativo del perfil de la brocha.
En la mayoría de los casos se produce en una sola carrera.
Proceso apropiado para el mecanizado de ranuras
La maquina proporciona el movimiento principal y el avance se logra por elescalonamiento de los dientes en la brocha, haciendo corresponder a cada diente unapequeña capa de material.
Las brochas son diseñadas individualmente para un trabajo particular y su fabricación escostosa, por lo que su uso sólo se justifica para el mecanizado de un gran numero depiezas.
Polea
Brocha
GuíaPolea
Brocha
Guía
JARBE BH-1300
•Brochadora horizontal interiores
1300 mm recorrido
•Chaveteros : 4 a 12 mm
•Chaveteros ejes estriados
Brochado
Brochado
La brocha es una sucesión de aristas de corte, cada una de ellas
sobresale una cantidad diferente del eje (incremento).
Todas las condiciones de corte están incorporadas en la hta.
Es un proceso rápido y sencillo de mecanizado.
La profundidad total del metal a cortar no puede superar el total de
la brocha.
Para cada trabajo hay que proyectar una brocha específica o bien
diseñar la pieza con una forma tipificada.
Mango
Guía
Guía
Dientes desbaste
Dientes
corte
Dientes
semiacabadoDientes
acabado
Longitud brocha
Extremo tracción
Brochado
Sólo se justifica el brochado con grandes volúmenes de producción o para
formas normalizadas.
Con el brochado se puede conseguir una calidad superior al fresado o al
escariado.
Se puede dar una pequeña rotación a la brocha, por ejemplo en cañones.
La profundidad de corte varía entre 0.15mm de los dientes de desbaste
hasta los 0.025 de acabado.
Las velocidades de brochado son relativamente bajas, aprox. 15m/min.
La mayoría de las brochas se realiza se hacen de aceros para
herramientas aleado o rápido
Ranura rompeviruta
Pieza
Corte
por diente
Ángulo
de ataque
Paso
Prof.
diente
Radio de curvatura
Ángulo incidencia
Son máquinas relativamente sencillas, todas las condiciones de corte,excepto la velocidad.
Su accionamiento es mayoritariamente hidráulico
Clasificación:
El tamaño máximo de las verticales es de unos 2m, mientras que lashorizontales no tienen límite
Prensa para brochar
Manual (obsoleta)
Pieza
Brocha
Brochado
Verticales
Horizontales
Rotatorias
Prensas
Tracción descendente
Tracción ascendente
Frontales
Tracción descendente
Externas (frontales)
Continuas
Brocha
Brochado
Prensas de brochar
Fuerza empuje entre 50 y 500 KN
En general son lentas, pero son baratas y flexibles
Brochado por empuje
Guía Brocha
Pieza
Brochado exterior
Brochado
Horizontales
Frontales continuas
La brocha permanece inmóvil y la pieza pasa por ellas arrastradas por una
cinta.
Brocha
Émbolo
Cilindro
Bomba aceite
Pieza
PiezaBrocha
Viruta
