MÓDULO III: MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA. TEMA 10: Fresado TECNOLOGÍA MECÁNICA DPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICA

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1 MÓDULO III: MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA TEMA 10: Fresado TECNOLOGÍA MECÁNICA DPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICA Universidad del País Vaso Euskal Herriko Unibertsitatea Tema10: Fresado 1/27

2 Contenidos 1. Introduión - Caraterístias del proeso de fresado y tipos de piezas - Desripión del proeso de fresado 2. Operaiones y herramientas más omunes 3. Herramientas de fresado - Partes de una herramienta de fresado - Ángulos de los filos de una fresa - Aión de ada diente en la pieza 4. Parámetros de fresado - Parámetros básios de una operaión de fresado - Avane por diente y espesor de viruta - Seión de viruta - Fuerza de orte - Potenia de orte 5. Fresadoras: Desripión y algunas arquiteturas 6. Cuestionario tutorizado 7. Oportunidades laborales: empresas y produtos Tema10: Fresado 2/27

3 1. Introduión CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO DE FRESADO Y TIPOS DE PIEZAS: Operaiones de meanizado para piezas de geometría diversa: piezas prismátias, omplejas, superfiies inlinadas,... Superfiies planas y aabado de zonas de piezas fundidas/forjadas VENTAJAS DEL PROCESO Cualquier geometría. Buena preisión y aabado superfiial omparado on fundiión/forja. Flexibilidad: desde piezas unitarias hasta largas series. Diferentes materiales (limitaión en materiales muy duros). LIMITACIONES DEL PROCESO Proeso aro. Limitado en algunos materiales muy difíiles de trabajar. Partes fresadas Tema10: Fresado 3/27

4 1. Introduión CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO DE FRESADO Y TIPOS DE PIEZAS: Operaiones de meanizado para piezas de geometría diversa: piezas prismátias, omplejas, superfiies inlinadas,... Piezas de geometría ompleja: moldes, matries, alabes, piezas aeronáutias, VENTAJAS DEL PROCESO Cualquier geometría. Buena preisión y aabado superfiial omparado on fundiión/forja. Flexibilidad: desde piezas unitarias hasta largas series. Diferentes materiales (limitaión en materiales muy duros). LIMITACIONES DEL PROCESO Proeso aro. Limitado en algunos materiales muy difíiles de trabajar. Tema10: Fresado 4/27

5 1. Introduión CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO DE FRESADO Y TIPOS DE PIEZAS: Operaiones de meanizado para piezas de geometría diversa: piezas prismátias, omplejas, superfiies inlinadas,... Piezas de geometría ompleja: moldes, matries, alabes, piezas aeronáutias, VENTAJAS DEL PROCESO Cualquier geometría. Buena preisión y aabado superfiial omparado on fundiión/forja. Flexibilidad: desde piezas unitarias hasta largas series. Diferentes materiales (limitaión en materiales muy duros). LIMITACIONES DEL PROCESO Proeso aro. Limitado en algunos materiales muy difíiles de trabajar. Tema10: Fresado 5/27

6 1. Introduión DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FRESADO APLICACIONES Meanizado de piezas sin simetría de revoluión. Mov. Prinipal COMBINACIÓN DE DOS MOVIMIENTOS DIFERENTES: El movimiento prinipal o de orte El movimiento de avane Mov. Avane MOVIMIENTO PRINCIPAL Giro de la herramienta Consumo de Potenia y Veloidad mayor que el movimiento de avane. MOVIMIENTO DE AVANCE Lo más omún es disponer de una fresadora de 3 grados de libertad (XYZ). Mov. Prinipal Mov. Avane Para dar una idea: En una operaión de fresado omo la de la dereha, por ada giro la fresa solo avanza mm. Tema10: Fresado 6/27

7 1. Introduión DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE FRESADO PROCESO MUY VERSATIL POR DOS MOTIVOS Posibilidad de variar la direión del movimiento de avane. Posibilidad de ambiar la geometría de la fresa. Tema10: Fresado 7/27

8 2. Operaiones omunes Planeado Tema10: Fresado 8/27

9 2. Operaiones omunes Esuadrado Tema10: Fresado 9/27

10 2. Operaiones omunes Meanizado de ajeras Fresas on filo al entro Tema10: Fresado 10/27

11 2. Operaiones omunes Meanizado de superfiies omplejas Tema10: Fresado 11/27

12 3. Herramientas de Fresado PARTES DE UNA HERRAMIENTA DE FRESADO: SE DIVIDE EN: Mango Parte Cortante EN LA PARTE CORTANTE: Suele disponer de varios filos. En ada uno de ellos: Filo Prinipal Filo Seundario Superfiie de inidenia Superfiie de desprendimiento Punta del diente Superfiie de inidenia Filo prinipal Punta del diente Plaquita de asiento Alojamiento para la viruta Supf. de desprendimiento Filo seundario Plaquita de orte Filo seundario Superfiie de inidenia Superfiie de desprendimiento Tema10: Fresado 12/27

13 3. Herramientas de Fresado ÁNGULOS DE LOS FILOS DE UNA FRESA N SE PUEDEN DEFINIR: Ángulo de posiión de filo prinipal (κ r ) Ángulo de posiión de filo seundario (κ r ) Ángulo de desprendimiento (γ) Ángulo de inidenia (α) Vel. Avane Veloidad de Avane Se. AA Superfiie de inidenia Superfiie de desprendimiento (+) a V γ Seión AA Diente Pieza κ r κ r (-) Viruta Seión AA V Tema10: Fresado 13/27

14 3. Herramientas de Fresado ÁNGULOS DE LOS FILOS DE UNA FRESA SE PUEDEN DEFINIR: Ángulo de posiión de filo prinipal (κ r ) Ángulo de posiión de filo seundario (κ r ) Ángulo de desprendimiento (γ) Ángulo de inidenia (α) Ángulo de desprendimiento axial (γ a ) Ángulo de desprendimiento radial (γ r ) γ a Doblemente negativa Positiva - negativa Doblemente positiva γ r Mayor Robustez del filo Mejor flujo de la viruta Tema10: Fresado 14/27

15 3. Herramientas de Fresado ACCIÓN DE CADA DIENTE EN LA PIEZA LOS FILOS DE UNA FRESA GIRAN Y SE TRASLADAN SIMULTANEAMENTE: Se genera un orte intermitente: El filo entra y sale de la pieza. La antidad de material que arrana varía según la posiión. Mov. Prinipal Filo 3 Mov. Avane Filo 2 Filo 2 Filo 1 Filo 3 Filo 1 θ Tema10: Fresado 15/27

16 4. Parámetros de Fresado PARÁMETROS BÁSICOS DE UNA OPERACIÓN DE FRESADO Veloidad de Corte (m/min): N V V D N = π 1000 V : Veloidad de orte (m/min) D: Diámetro de la fresa en mm N: Velo. de rotaión (rpm) Profundidad de Pasada radial (a e ) y axial (a p ) a e y a p (mm) a p Veloidad de Avane (mm/min): V f (mm/min) Avane por filo (mm) a e N f z = V f N z f z : Avane por filo (mm/filo) V f : Veloidad de avane (mm/min) N: Velo. de rotaión (rpm) z: Número de filos de la fresa V f f z Tema10: Fresado 16/27

17 4. Parámetros de Fresado AVANCE POR DIENTE Y ESPESOR DE VIRUTA El espesor de viruta (a ) varía a lo largo del reorrido del diente. El espesor de viruta depende de la posiión radial del diente, definida por el ángulo θ. Si κ r =90º V f θ a 1 Trayetorias de los filos a 2 a max= f z θ a f z θ a = f z sin( θ ) Si κ r 90º f z sin(θ) κ r a = fz a κ r ( θ ) sin( κ ) sin r Tema10: Fresado 17/27

18 4. Parámetros de Fresado SECCIÓN DE VIRUTA La seión de viruta (S ), representa la seión de material que está siendo arranada por un diente, y se obtiene multipliando el espesor de orte por la anhura de orte. a w S κ r a S = a a w Trayetoria de los filos S 1 S 2 S 3 S Dado que varía el espesor de orte en ada instante, la seión de viruta también varía θ Tema10: Fresado 18/27

19 4. Parámetros de Fresado FUERZA DE CORTE Es la fuerza originada en el proeso de fresado. Al igual que en el aso de torneado, depende del material y de los parámetros de orte. La fuerza de orte en fresado es variable por dos motivos: S es variable y p s es funión de a que también es variable. Fuerza Axial F a Fuerza de orte S F r Fuerza Radial F F = p s S a θ p s Zona habitual en fresado Zona habitual en torneado θ a Tema10: Fresado 19/27

20 4. Parámetros de Fresado FUERZA DE CORTE Es la fuerza originada en el proeso de fresado. Al igual que en el aso de torneado, depende del material y de los parámetros de orte. La fuerza de orte en fresado es variable por dos motivos: S es variable y p s es funión de a que también es variable. Fuerza Axial F a Fuerza de orte 200 F r Fuerza Radial F Fuerza de orte (N) Tiempo (s) 0,1 Tema10: Fresado 20/27

21 4. Parámetros de Fresado POTENCIA DE CORTE Como la fuerza de orte F es variable on el tiempo y en un ierto instante puede haber varios dientes en orte, no es posible un álulo simple de la potenia. Por ello, se obtiene un valor promediado a partir del valor medio del espesor de viruta. P = F ( t) V = S ( t) p ( a ) V = a ( t) a p ( a ( t)) V s w s Cálulo ompliado!! a (t) Se obtiene un valor medio de la potenia onsumida P m multipliando un valor medio de la energía espeífia de orte p s * por el volumen total de viruta meanizado por unidad de tiempo: P m = p *( a ) V s f a p a e S (a )=S (t) El valor medio de la energía espeífia de orte se obtiene de tablas a partir del valor medio del espesor de orte (a ) dθ = fz sen Θ D Tema10: Fresado 21/27 a 1 = Θ θ 2 0 a a e ( κ ) r

22 5. Fresadoras: Desripión y algunas arquiteturas PARTES DE UNA FRESADORA: La fresadora es la máquina-herramienta que se utiliza para llevar a abo el proeso de fresado. LA FRESADORA DEBE APORTAR LOS SIGUIENTES MOVIMIENTOS Giro de la fresa a diferentes veloidades y on la potenia sufiiente. Movimiento de avane relativo entre la herramienta y la pieza en ualquier direión de avane. Cabezal Herramienta Mesa Carro Guías Columna ADEMÁS Los movimientos deben ser preisos. Se debe sujetar la pieza y las herramientas on la fuerza sufiiente. Consola Tema10: Fresado 22/27

23 5. Fresadoras: Desripión y algunas arquiteturas TIPOS DE FRESADORAS: Foto de Al ontrario que otras máquinasherramientas, existen muhos tipos de fresadoras en funión del tipo y tamaño de pieza que se desea meanizar. Fresadoras manuales, los movimientos de avane se onsiguen mediante sistemas meánios que se aionan a mano. Fresadoras de CN: los movimientos de avane son aionados por servomotores, que ejeuta un programa. El eje de la fresa es vertial El eje de la fresa es horizontal Foto de Tema10: Fresado 23/27

24 5. Fresadoras: Desripión y algunas arquiteturas ALGUNAS ARQUITECTURAS: En la figura se muestran 7 tipos de arquiteturas de fresadoras de 3 ejes. Y Y Tema10: Fresado 24/27

25 6. Cuestionario tutorizado 1. A pesar de que el proeso de fresado sea muy versátil, piensa en geometrías de pieza que sean muy difíiles/imposibles de realizar mediante fresado. 2. Cual es el número máximo de ejes que suelen inorporar las fresadoras? Qué ventajas puede tener inorporarlos? Y qué desventajas? 3. En las operaiones de torneado, la viruta puede enredarse entre la herramienta y la pieza lo que genera grandes problemas para poder retirarla de la zona de trabajo, sin embargo en fresado esto no es ningún problema. Podrías expliar por qué? 4. Dibuja una seuenia de golpeo de varios filos sobre una pieza. A partir de este dibujo podrías obtener una relaión entre los parámetros de fresado y la rugosidad superfiial resultante? Qué parámetro es el más influyente? 5. Además de la fuerza de orte hay otras dos omponentes: Radial y tangenial Puedes expliar ómo influye ada una de estas omponentes en el proeso de fresado? Tema10: Fresado 25/27

26 6. Cuestionario tutorizado 6. Qué ventajas puede tener utilizar una fresadora horizontal frente a una vertial? 7. Qué ventaja puede tener utilizar una fresadora donde el movimiento de los ejes sea transmitido diretamente a la herramienta, mientras que la mesa donde se oloa la pieza permanee inmóvil? Tema10: Fresado 26/27

27 7. Algunas empresas y produtos Troquelería BATZ S. Coop. Fresado de grandes matries de estampaión. Loalizaión: Igorre (Bizkaia) MASA: Meanizaiones Aeronáutias S.A. Fresado de piezas aeronáutias para fuselajes de aeronaves. Loalizaión: Agonillo (La Rioja) Talleres de preisión GAI Fresado de piezas de preisión. Loalizaión: Zaldibar (Bizkaia) Talleres Aratz S.A. Fabriante de piezas de alta omplejidad: Turbinas y elementos de rodetes para setor hidroelétrio, piezas para satélites, prototipos, Loalizaión: Vitoria (Álava) Matrii S. Coop. Fabriante de troqueles y utillajes de estampaión Loalizaión: Zamudio (Bizkaia) Dada la versatilidad del fresado, existen muhas empresas que realizan operaiones de fresado para aabar determinadas zonas. Además, existen muhos fabriantes de fresadoras en la CAV (Ver temas 15 y 16) Rodete de turbina fabriado por Talleres Aratz S.A. Simulaión del fresado de una pieza del fuselaje de una aeronave en MASA. Tema10: Fresado 27/27