Tema 4.1. Tecnologías de mecanizado

Transcripción

1 Tema 4.1. Tecnologías de mecanizado Contenido 1. Mecanizado Mecanizado por arranque de viruta Nomenclatura y ejemplos Requisitos de los materiales de la herramienta de corte Materiales utilizados como herramienta de corte... 7 A. Estudio de la evolución de las propiedades de los materiales empleados como herramienta de corte Estimación del tiempo de vida de la herramienta de corte A. Mecanismos de desgate que influyen en el tiempo de vida de la herramienta de corte 13 B. Consecuencias del desgaste de la herramienta Condiciones de corte A. Tipos de corte u operaciones de mecanizado Máquina herramienta Teoría de la formación de viruta. Modelo de Corte Ortogonal A. Desviaciones del modelo de corte ortogonal B. Tipos de viruta C. Sistemas de fuerzas que intervienen en el mecanizado (arranque de viruta) D. Ecuación de Merchant E. Otras relaciones Fluidos de corte A. Funciones, selección y tipos Técnicas de mecanizado convencionales. Tipos de operaciones más comunes A. Torneado a) Parámetros b) Operaciones

2 c) Métodos de sujeción de la pieza B. Taladrado a) Parámetros b) Operaciones C. Fresado a) Parámetros b) Tipos de fresado c) Operaciones de fresado tangencial o periférico d) Operaciones de fresado frontal

3 1. Mecanizado Mecanizado: Proceso de fabricación en el que se emplea una herramienta de cote para separar el exceso de material de una pieza de trabajo de manera que el material remanente sea la forma de la pieza deseada. La principal diferencia respecto al resto de procesos de fabricación es que consiste en quitar material. La forma final de la pieza se obtiene por la acción de retirar material de distintas formas. En las técnicas de producción primarias, el volumen inicial es siempre igual al final (Sin considerar las rebabas). Estos suelen consistir en cambiar la forma de los materiales. En los procesos de mecanizado (familia de procesos) hay un cambio de volumen. Generalmente, se aplica después de otros procesos de fabricación para obtener formas finales, aunque se puede hacer una pieza por mecanizado. Según las condiciones de corte, se puede obtener una geometría final con diferentes dimensiones y acabados (buenos, regulares, etc.). El cambio de volumen se consigue principalmente por esfuerzos cortantes 1, que causan una deformación cortante. 2. Mecanizado por arranque de viruta En los mecanizados convencionales de arranque de viruta se forma una viruta (material que se va a retirar). La viruta se forma por 2 movimientos principales: 1. Movimiento principal: Corte, con una velocidad de corte. Movimiento que sin avance sólo arranca viruta durante una revolución o durante una carrera. Sus unidades son metros/minuto. 2. Movimiento secundario: Avance, con una velocidad de avance. Combinado con el movimiento de corte, produce el arranque de viruta continuo. Sus unidades son milímetros/minuto. Existen otros movimientos de la herramienta de corte a tener en cuenta: Movimiento de penetración: Determina la profundidad de corte. Movimiento de aproximación: Movimiento necesario antes de entrar en contacto con la herramienta y empezar a mecanizar. Es bastante más rápido que los demás. 1 Esfuerzo cortante: (corte, cizalla, cortadura) Esfuerzo interno o resultante de las tensiones paralelas a la sección transversal de un prisma mecánico. 3

4 Las anteriores definiciones NO hay que sabérselas de memoria, pero hay que saber explicarlo. 3. Nomenclatura y ejemplos Al ángulo que forma la herramienta (superficie de ataque de la herramienta) con la perpendicular de la nueva superficie se le llama ángulo de ataque. Puede ser positivo o negativo. La herramienta no va pegada a la superficie nueva que se está generada, sino que forma un cierto ángulo. Esto es para evitar dañar la superficie nueva generada por rozamiento de la herramienta. El ángulo entre el flanco o superficie de incidencia y la nueva superficie es el ángulo de incidencia. Se necesita un espacio que proteja la superficie. La deformación de cortante es la responsable de que se tenga un espesor de viruta antes de que se forme la viruta. Luego se tendrá un espesor de viruta que será superior al inicial. El movimiento primario es aquel que da el corte. La combinación del corte y del avance es la que va a permitir el arranque de viruta. Ilustración 1. El corte es de izquierda a derecha y el avance, hacia fuera de la imagen. 4

5 Ilustración 2. Ejemplo de un taladro: Tiene varias herramientas de corte (cada filo es una). El movimiento de corte es la velocidad lineal asociada al giro del taladro. El avance es el movimiento de empujar hacia abajo el taladro para hacer el agujero. No tiene profundidad de corte (movimiento de penetración) Ilustración 3. La velocidad de corte es el giro, la velocidad de avance es en el plano. La velocidad de penetración es hacia abajo (la herramienta bajará una profundidad determinada hasta completar todo el espesor deseado. Siempre habrá una profundidad máxima por pasada (si la profundidad máxima es 0,2 mm y el espesor que se quiere es 1,1 mm, el número de pasadas necesario será 6 por aproximación) 5

6 Ilustración 4. Pieza con un eje de revolución, como un cilindro sobre el cual se quiere disminuir el diámetro. La pieza será la que gire, aunque pueden girar ambas también. El corte está en el giro, el avance está en la longitud de la pieza (aquella que tras una revolución va a permitir continuar eliminando material) y la profundidad en el radio (o hacia el eje) Muchas veces, las unidades que dan en los ejercicios es revoluciones/minuto que hay que pasar a metros/minuto. 4. Requisitos de los materiales de la herramienta de corte 1. Tiene que ser más duro que el material que se va a mecanizar, tanto en frío como en caliente (dureza en frío y en caliente). Según la temperatura que se alcance en el proceso, se va a tener que utilizar un material u otro. a. Los aceros al carbono sólo soportan hasta 200. b. Los aceros rápidos mantienen sus propiedades mecánicas (dureza) hasta 600. Se utilizan para herramientas. 2. Se requiere tenacidad: Energía que es capaz de absorber un material cuando se deforma o fractura. 3. Con la temperatura que se genera, el material tiene que ofrecer una disipación rápida del calor generado. Un material que tenga una conductividad térmica baja va a concentrar mucho más calor que uno que tenga una conductividad alta. Para solucionar esto, se emplean fluido refrigerantes. 4. Las superficies tienen que tener bajo rozamiento. Si tiene mucho rozamiento, se va a dañar la nueva superficie y el tiempo de vida de la herramienta va a disminuir. 5. Características mecánicas que eviten deformaciones. Los materiales un poco dúctiles no son convenientes. 6. Tiene que tener un precio que se adecue a la aplicación que se va a emplear (tipo de operación) y acorde con su vida. 6

7 5. Materiales utilizados como herramienta de corte 1. Aceros al carbono: Brocas, fresas y machos de roscas para mecanizado de materiales blandos (uso restringido a estos materiales). 2. Aceros rápidos (hasta 600 ): Son los más utilizados. Aguantan mayores velocidades que los aceros al carbono. Llevan elementos aleantes como el: a. Molibdeno: Aporta tenacidad. b. Wolframio. c. Cobalto: Más frágiles y duros en caliente. d. Vanadio. Muchas de las herramientas están hechas de aceros rápidos con alguno/s de los anteriores aleantes y con un recubrimiento de nitruro o carburo (TiN, TiCN) que aporta tenacidad y dureza. Con el recubrimiento sobre el acero rápido, se consigue un núcleo dúctil y una superficie resistente (duro). El interior absorbe toda la energía y el exterior le da la resistencia y la capacidad para que no se deforme prácticamente. Los nitruros y carburos son muy frágiles y no absorben energía, por lo que ante una grieta, va a propagar rápido. Si el núcleo es dúctil y tenaz, el núcleo parar la grieta. 3. Metales duros y carburos: Son aleaciones donde se incluyen intermetálicos y otras partículas cerámicas (carburos de Cr, Mo, Ta, Ti, V y W) que frenan el avance de grietas (cualquier obstáculo que haya en el material aumenta la tenacidad y la dureza), por lo que se aumenta la tenacidad. Tienen resistencia al desgate y a elevadas temperaturas. Permiten grandes velocidades de corte (implica disminuir tiempo). 4. Cerámicas: Son CERMET 2, cerámicas basadas en alúmina y cerámicas basadas en nitruro de Si. Trabajan a grandes velocidades de corte pero son muy frágiles ya que son cerámicos. 5. Diamante: Se utiliza para mecanizado de materiales compuestos de fibra de carbono y fibra de vidrio (según el recubrimiento) y aleaciones ligeras (Ti, Mg, etc. A m/min). El diamante es el más caro, por lo que sólo se utiliza cuando es necesario. Se utiliza con fibras porque éstas desgastan mucho la herramienta. Útil para procesos de rectificado, aunque también en torneado, taladro y fresado. 2 Compuestos metal-cerámicos. Matriz metálica con refuerzo cerámico. La matriz es la parte dúctil y el refuerzo da la dureza. 7

8 A. Estudio de la evolución de las propiedades de los materiales empleados como herramienta de corte. 1. Dureza frente temperatura: Aceros al carbono, aceros rápidos, aleaciones metálicas, carburos y cerámicos. 2. Dureza en caliente y la resistencia a desgaste frente a resistencia a tracción o mecánica y la tenacidad: Diamante (alta dureza y resistencia al desgaste, pero es muy frágil y baja resistencia). Si se quiere más tenacidad, se pierde dureza. Se tiene que buscar un punto de equilibrio. 3. Velocidad de corte relacionada con la resistencia al desgaste y resistencia térmica 3 frente a velocidad de avance relacionada con tenacidad y resistencia. 3 Si se tiene mayor resistencia al desgaste y/o resistencia térmica, se puede aumentar la velocidad de corte. 8

9 a. La velocidad de corte está relacionada con la resistencia al desgaste (propiedades fisiológicas) y la resistencia térmica. Si se aumentan las dos últimas, se puede aumentar la velocidad de corte. b. La velocidad de avance está relacionada con la resistencia (a tracción, a flexión, etc. (mecánica)) y con la tenacidad. Si se tiene una herramienta más tenaz y con más resistencia, se puede aumentar la velocidad de avance. c. Qué herramienta se escoge para cortar el material? Está recogido en la Normal ISO Materiales frente propiedades: a. Materiales: Aceros rápidos, aleaciones con cobalto, carburos sin recubrimiento, carburos con recubrimiento, cerámico, nitruro de boro, diamante. b. Propiedades: Dureza en caliente, tenacidad, resistencia al impacto, resistencia al desgaste, resistencia al mellado 4, velocidad de corte, resistencia al choque térmico, coste de la herramienta y profundidad de corte. c. Proceso de fabricación: No hace falta. d. La flecha indica el sentido en que va aumentando la propiedad. Hay que SABERSE cómo varían las propiedades en función del material (EXAMEN). 4 El mellado es sacar un trozo de material. 9

10 Índice de maquinabilidad: Indica la facilidad de mecanizado de la pieza o material. Cuanto mayor sea el índice, más fácil será mecanizar el material. Generalmente, se da en porcentaje. Ejemplo: Se mecaniza mejor un acero al medio carbono que un acero al alto carbono, ya que es menos duro (tiene menos carbono). A mayor contenido de carbono, menor resistencia, mayor dureza y menor maquinabilidad. Tabla 1. Índices de maquinabilidad según el material y su dureza 10

11 6. Estimación del tiempo de vida de la herramienta de corte El tiempo de vida va a depender de la velocidad de corte (v), de la profundidad del mecanizado, del material de la pieza, del material de la herramienta, de las condiciones de corte (velocidad de corte, velocidad de avance y profundidad), fricción entre herramienta y pieza, ambiente en el que realiza el mecanizado, temperatura alcanzada, etc. Hay una fórmula simplificada que tiene en cuenta la velocidad de corte (v), del tiempo (t), y de dos constantes que dependen del material de la herramienta (n, C). Es una ley exponencial, de tal forma que si se aumenta la velocidad de corte, la velocidad de desgaste va a ser mayor. Ecuación 1. Fórmula de Taylor para determinar el tiempo de vida v t n = C Representación del desgaste del borde de ataque o flanco de la herramienta frente al tiempo de mecanizado: Al aumentar el tiempo de mecanizado, el desgaste crece de forma exponencial (en etapas finales crece más rápido que en etapas iniciales). Para determinar la vida de una herramienta: se establece que la herramienta es válida hasta que tenga un desgaste de unas determinadas dimensiones (mm). Si se utiliza una velocidad de mecanizado (V Ci ), durará un tiempo de vida determinado (T). Si se baja la velocidad (las velocidades decrecen hacia la derecha), se va a tener un tiempo de desgaste (tiempo de vida) mucho mayor, eso es, va a durar más la herramienta. Hay que optimizar velocidad y tiempo de vida. 11

12 Representación de velocidad de corte frente a tiempo de vida de la herramienta: Al aumentar la velocidad de corte (crece hacia arriba en el eje), el tiempo de vida disminuye. Ilustración 5. Relación entre la velocidad de corte y el tiempo de vida Representación en escala logarítmica de velocidad de corte frente a tiempo de vida de la herramienta: La pendiente de la recta es tan α. log V C + n log T = log C Ordenada en origen: log V C Pendiente: n = tan α 12

13 Ilustración 6. Relación en escala logarítmica entre la velocidad de corte y el tiempo de vida A. Mecanismos de desgate que influyen en el tiempo de vida de la herramienta de corte 1. Desgaste por abrasión: Abrasión significa que se tiene partículas libres en el medio, las cuales están en rozamiento con la superficie de la herramienta, de tal forma que desgastan la herramienta. 2. Desgaste por adhesión: Como hay condiciones de elevadas presiones y/o temperaturas, se puede producir una soldadura entre la herramienta y la pieza de trabajo. 3. Desgaste por fatiga: Fatiga es aplicar unas cargas cíclicas. Si además de aplicar cargas cíclicas, se aplica temperatura, el desgaste es más fuerte (combinación Termomecánica). 4. Desgaste por difusión: Si hay actividad química entre el material de la herramienta y el material de la pieza de trabajo, hay un intercambio de átomos herramienta-pieza por difusión. Si se aumenta la temperatura, la difusión se ve favorecida y el efecto de desgaste es mayor. 5. Desgaste por oxidación: No habitual. Se debe a que el aire de la atmosfera tiene oxígeno que puede oxidar la herramienta. El óxido de la herramienta, como es frágil, se puede desprender de ella y dañar la nueva superficie que se esté generando y la misma herramienta. 6. Desgaste por choques: Fallos de la máquina, bloqueo de la máquina, etc., que puede causar rotura de la herramienta, corte discontinuo o errores. Es más habitual de lo que parece. B. Consecuencias del desgaste de la herramienta Hay que ser capaz de diferenciarlo con una foto para el EXAMEN. 13

14 1. Desgaste de flanco: Se reduce la cantidad de material que hay en el borde, ya que es la superficie de incidencia con el material. Desgaste provocado por abrasión. Se detecta por microscopía óptica. Ilustración 7. Desgaste de flanco 2. Desgaste de cráter: Se suele dar por abrasión y difusión. Se produce en la superficie de ataque de la herramienta (no en el filo). Se llama así por la forma de cráter que se genera. Ilustración 8. Desgaste en forma de cráter 3. Formación de filo recrecido (BUE o Built Up Edge): Se forma por desgaste por adhesión, eso es, el material que suelta la herramienta por el mecanizado se suelda con el filo y se produce un recrecido en el borde de corte. 4. Deformación plástica del filo: Por los esfuerzos que se tiene, provocados por una excesiva temperatura de corte y por esfuerzos de mecanizado si se tiene una rotura muy elevada, se puede producir deformaciones en la herramienta que desafilan el filo y se es incapaz de cortar. 14

15 5. Formación de fracturas y fisuras: Es difícil de diferenciar debido a la distinta naturaleza: a. Mellado: Se pierde una cáscara del material. b. Fisuras térmicas: Suelen ser fisuras finas y paralelas. Las fisuras suelen ser más pequeñas que las grietas en términos de anchura y longitud. c. Fisuras por fatiga mecánica: Se caracterizan por tener distintos planos. d. Astillado: e. Fractura mecánica: Las fisuras por fatiga son fracturas mecánicas. 7. Condiciones de corte Ilustración 9. Formación de fracturas y fisuras Las condiciones de corte incluyen: Velocidad de corte (v, en m/min) Avance (f, en mm/min). 15

16 Profundidad de corte (d, en). La velocidad de arranque de viruta (Q) queda definido como el producto de las 3 condiciones de corte (volumen de material por unidad de tiempo). Q = v f d Todo ello (corte) se consigue con un movimiento relativo entre la pieza y la herramienta: se puede mover una de las dos y dejar la otra inmóvil, o mover ambas. La velocidad de corte (v, en m/min depende de: Material de la pieza. Material de la herramienta. Sección de viruta. Utilización de refrigeración. Tipo de construcción de la máquina y otros. Todo esto está controlado por control numérico, incluso en los talleres más pequeños. El avance (f): conocidos la velocidad de giro (N) y el avance (en mm), se puede calcular la velocidad de avance, generalmente en mm/min. La profundidad de corte (d): a partir de la profundidad de corte (d) y del avance (f) se puede calcular la sección de viruta (s): s = a d 16

17 A. Tipos de corte u operaciones de mecanizado Las condiciones de corte van a ser diferentes según si el mecanizado va a servir para obtener una pieza desde 0 hasta una fase intermedia o si el mecanizado supone la fase final para obtener un buen acabado de la pieza. Se distingue 2 tipos de corte según las condiciones de corte: 1. Corte por desbaste: Mecanizado bruto con condiciones extremas. Interesa quitar grandes cantidades de material de la pieza de trabajo lo más rápido posible. Se emplean velocidades de avance altas y profundidades altas. 2. Corte de acabado: Mecanizado fino con condiciones controladas. Interesa alcanzar un buen acabado de la superficie, así como las dimensiones finales y tolerancias. Se emplean velocidades de avance bajas y profundidades bajas. Ilustración 10. Valores de referencia de velocidades de avance y profundidades para corte para desbaste y corte de acabado Necesidad de enfriar o lubricar la herramienta de corte: fluido de corte. 8. Máquina herramienta Máquina herramienta: Cualquier máquina accionada por fuerza motriz que realiza operaciones de mecanizado, incluido el rectificado. Las funciones que lleva a cabo son las de: 1. Sostener la parte de trabajo. Eso es, fijar la pieza con la que se está trabajando. 2. Poner en posición la herramienta con respecto al trabajo. 3. Además de sujetar la herramienta, dar movimiento a la pieza, a la herramienta o a ambas. 4. Proporcionar la potencia para el proceso de mecanizado. Puede ser operada por un operario o por control numérico (CNC). 17

18 Ilustración 11. Máquina herramienta y sus funciones 9. Teoría de la formación de viruta. Modelo de Corte Ortogonal Hipótesis: Herramienta en forma de cuño cuyo filo es perpendicular a la dirección de la velocidad de corte. Considera que el problema es bidimensional. Se define relación de viruta como el espesor antes de que se forme la viruta y el espesor después de que se forme la viruta. r = t 0 t c < 1 Permite establecer una relación entre el espesor de la viruta (t), el ángulo de ataque (α) y el ángulo del plano de corte (φ). 18

19 Ilustración 12. SABER DEDUCIR LA FÓRMULA Deformación cortante a lo largo del plano de corte: La deformación cortante (γ) es la relación entre el segmento AB y el segmento BD. NO SABER DEDUCIR LA FÓRMULA. A. Desviaciones del modelo de corte ortogonal 1. El proceso de deformación cortante no ocurre sobre un plano bidimensional, sino en una zona delgada de corte. Experimentalmente, se ha demostrado que el espesor es de unas centésimas de mm, lo que hace que en la mayor parte de los casos el error sea mínimo. 2. Se produce una deformación cortante adicional resultante del rozamiento entre la viruta y la superficie de incidencia de la herramienta. En el modelo no se tiene en cuenta fuerzas de rozamiento, sólo factores geométricos. 3. La formación de la viruta (espesor) depende del tipo de material y de las condiciones de corte (velocidad de corte, avance y profundidad). Tampoco se tiene en cuenta en el modelo de corte ortogonal. Las desviaciones 2 y 3 son de mayor importancia que la 1. 19

20 B. Tipos de viruta Se pueden distintos tipos de viruta: 1) Viruta continua: En materiales dúctiles. Es preferible a la discontinua. Se puede hacer a una velocidad de corte alta, avance bajo y profundidad baja, formando una viruta sin ninguna deformación que provocará un buen acabado superficial. Ilustración 13. Material dúctil: velocidad alta con avance y profundidad bajos. Buen acabado superficial Si en vez de las condiciones anteriores, se utiliza una velocidad de corte demasiado baja o una profundidad demasiado alta, se puede causar soldadura del borde con el material de la pieza (desgaste por adhesión). Este fenómeno será cíclico, ya que el material soldado caerá sobre la nueva superficie y la dañará, volviendo a formarse una soldadura en el borde del filo y repitiéndose el proceso, dañando la superficie. Ilustración 14. Material dúctil: Velocidad baja o media. La fricción ocasiona soldadura de material en el filo de corte 20

21 2) Viruta discontinua: En materiales frágiles. Se rompe la viruta y se producen irregularidades en la nueva superficie que se está formando debido a la segmentación de la viruta. Se obtiene un peor acabado. Se trata de evitar. Ilustración 15. Material frágil: Avance y profundidad elevados C. Sistemas de fuerzas que intervienen en el mecanizado (arranque de viruta) Relaciones de fuerzas que son fruto de la acción entre la herramienta y la viruta: 1) Fuerza de fricción (F): Entre la herramienta y la viruta. 2) Fuerza normal a la fricción (N): La normal a la fuerza de fricción. Las dos fuerzas anteriores dan lugar a una fuerza resultante (R) con un determinado ángulo denominado β (ángulo de la resultante). La fuerza de fricción y su normal definen el coeficiente de fricción entre la herramienta y la viruta: 21

22 μ = F = tan β N Relación de fuerzas asociadas al plano de corte que se produce en el material: 1) Fuerza cortante (F S ) 2) Fuerza normal a la cortante (F n ): Entre las dos definen una fuerza resultante (R ) con un ángulo determinado. El esfuerzo cortante (τ) se define como la relación entre la fuerza cortante (F S ) y el área cortante A S (donde se aplica el cortante, eso es, el área del plano). Esa área se calcula cómo el área de la viruta a partir de una transformación de ángulos. τ = F S A S A S = t 0 w sin φ Relación de fuerzas relacionadas con el movimiento de corte: 1) Fuerza de corte (F C ): En la dirección de corte. 2) Fuerza de empuje (F t ): La normal a la fuerza de corte. Entre las dos definen una fuerza resultante (R ) con un ángulo determinado. 22

23 Son las dos únicas fuerzas que se pueden medir en un sistema real con un dinamómetro cuando funciona el sistema. Las otras 4 no se pueden medir, por lo que se calculan a partir de la fuerza de corte y fuerza de empuje. Las relaciones geométricas empleadas para obtener las 4 fuerzas anteriores se recogen a continuación (SE SUPONE QUE LAS DARÁ EN EL EXAMEN 5 ): F = F C sin α + F T cos α N = F C cos α F t sin α F S = F C cos φ F t sin φ F n = F c sin φ + F t cos φ D. Ecuación de Merchant El esfuerzo a cizalla (τ) se puede obtener también a partir de la fuerza de corte (F C ) y de la fuerza de empuje (F t ). τ = F C cos φ F t sin φ w t 0 sin φ φ = 45 + α 2 + β 2 E. Otras relaciones Relaciones de potencia y energía: Cálculo de la potencia necesaria y de la energía. Se calcula en función de la fuerza de corte (F C ) y la velocidad de corte (v). Sustituyendo, se puede calcular en función de otros parámetros: P u : Potencia unitaria, en Nm/mm 3. 5 Una posible PREGUNTA DE EXAMEN es que dé el dibujo y que pida indicar las 6 fuerzas anteriores, junto a sus fuerzas resultantes respectivas. 23

24 ρ: Densidad. C: Calor específico volumétrico, en J/mm 3. K: Difusividad térmica del material de trabajo, en m 2 /s. t 0 : Espesor de viruta antes de que forme la viruta. P u = Temperatura de corte: Método de Cook: P v t 0 w = P = F C v F C v v t 0 w = F c t 0 w Hay un método simplificado de temperatura que se genera durante el corte. La temperatura no es homogénea: será mayor en el filo de corte, e irá disminuyendo en las zonas más alejadas del corte. T = 0,4 SE SUPONE QUE LAS DARÁ EN EL EXAMEN 10. Fluidos de corte A. Funciones, selección y tipos P u ρ C (v t 0 k ) 0,33 La velocidad de corte se podrá aumentar si se pone al sistema algo que refrigere, porque se está bajando la temperatura de todo el sistema. Para refrigerar se suele utilizar: agua, aceite o emulsiones agua-aceite. Las funciones generales del fluido son: 1) Aumentar la velocidad de corte, con lo que se aumenta la productividad. Se gana dinero. 2) Se alarga la vida de la herramienta gracias a la reducción de la temperatura, lo que influye de forma positiva en minimizar el desgaste. 3) Se consigue un mejor acabado y control dimensional. Mejor control dimensional porque se evita la dilatación del material por la menor temperatura de operación. Las funciones específicas del fluido son: 1) Lubricación. 2) Refrigeración. 3) Eliminación de la viruta. 4) Protección del óxido. La selección del fluido va a depender de: 24

25 1) Tipo de operación. 2) Condiciones de la operación. 3) Material a mecanizar (tanto el de la herramienta como el de la pieza). 4) Calidad del agua (dura o blanda): miscibilidad. 5) Salubridad y restricciones ambientales (según la aplicación). Los tipos de fluidos son: 1) Soluciones acuosas: No se pueden utilizar si se puede oxidar el material, si se pueden formar pares galvánicos, etc. En tal caso se emplearán los siguientes tipos. 2) Emulsiones de aceite con agua (taladrinas): NO hay que sabérselas de memoria. Hay normas que regulan los fluidos a emplear como fluidos de corte según el material que se vaya a mecanizar. La diferencia entre los aceites y las taladrinas es que los aceites NO llevan agua y las taladrinas son una emulsión que lleva aceite y agua (son emulsiones porque no son miscibles). 11. Técnicas de mecanizado convencionales. Tipos de operaciones más comunes Se había comentado que el mecanizado era una familia de procesos, dentro de la cual se distingue 3 grupos principales: 1. Torneado: Se emplea en piezas con eje de revolución. 2. Taladrado: Se utiliza para hacer agujeros o para ampliar otros, por lo que la velocidad de corte es perpendicular a la superficie. 3. Fresado: Se va a utilizar para eliminar superficies del material. Puede ser paralelo (tangencial) o perpendicular (frontal): a. Paralelo o tangencial: La herramienta se coloca paralela a la superficie que se va a mecanizar. b. Perpendicular o frontal: La herramienta es perpendicular o frontal a la superficie que se va a mecanizar. 25

26 HAY QUE SABER NO TANTO LA TEORÍA SINO SABER LO QUE ES Y APLICARLO A UNA PIEZA A. Torneado a) Parámetros a) Velocidad de corte (v): Se calcula a partir de la velocidad de giro angular de la herramienta en rpm. Para obtener la velocidad lineal (v), se procede del siguiente modo: N = 1 rev π D mm 1 min 1 rev v = π D 0 N (mm/min) Donde D 0 es el diámetro de la superficie de la pieza antes de mecanizar. b) Profundidad de corte (d): Como se parte de un diámetro inicial y se quiere llegar a un diámetro final, la profundidad será la mitad de la diferencia de los diámetros. d = D 0 D f 2 (mm) c) Avance lineal (f r ): Producto entre el avance (en mm/rev) y la velocidad de giro angular (en rpm o rev/min). f r = N f (mm/min) 26

27 d) Tiempo de mecanizado de una pasada (T m ): Relación entre la longitud de la pieza que se va a mecanizar (en la dirección del eje) y la velocidad de avance lineal. T m = L f r e) Velocidad de arranque de viruta (Q): Producto de los tres parámetros de corte (velocidad de corte, avance y profundidad). Q = v f d (mm 3 /min) Q = π D 0 N f D0 D f 2 b) Operaciones Hay que sabérselos de memoria para el EXAMEN. Lo habitual en torneado es que se haga girar la pieza y NO la herramienta. 1. Refrentado: Consiste en quitar una longitud de poca dimensión en la pieza. 2. Torneado cónico: Consiste en dar forma de cono a una sección del cilindro de partida. 27

28 3. Perfilado: Moviendo la herramienta, se consigue dar la forma que se desee a la superficie de la pieza de revolución. 4. Perfilado con herramienta de forma: Igual que el anterior, pero en este caso se tiene una herramienta que tiene la forma del perfil que se desea para la superficie de la pieza de revolución. 5. Chaflanado: Consiste en mecanizar los extremos de la pieza para que tengan un cierto ángulo. 28

29 6. Tronzado: Consiste en reducir el diámetro en una longitud determinada y localizada de la pieza. Suele ser en una pequeña longitud del total de la pieza (No en toda la pieza). 7. Cilindrado: Igual que el anterior, pero se reduce el diámetro de una longitud mayor (puede ser incluso toda la pieza). 8. Roscado: Dar forma de rosca a la superficie el cilindro. 9. Barrenado: Consiste en aumentar el diámetro de un agujero previamente hecho. 29

30 10. Taladrado: Consiste en hacer un agujero con una herramienta, haciendo girar la pieza. Existe el taladrado como aquella operación en la que se hace girar la herramienta, pero es una técnica de taladrado, no de torneado. 11. Moleteado: Consiste en dar rugosidad a la superficie de la pieza. 30

31 Ilustración 16. Operaciones de tornea 31

32 c) Métodos de sujeción de la pieza Existen sistemas de mayor o menor complejidad. B. Taladrado Técnica de mecanizado convencional en la que la herramienta es la que se hace girar, mientras que la pieza está quieta. Mientras que en el torneado se tenía en cuenta el diámetro de la pieza, en el taladrado se tiene en cuenta el diámetro de la herramienta. a) Parámetros 1. Velocidad de corte (v): La velocidad es a la que gira la broca. v = π D N (mm/min) 2. Avance lineal (f r ): Se trata de un cambio de unidades del avance (f, en mm/rev) a unidades de velocidad lineal. f r = N f (mm/min) 3. Tiempo de taladrado (T m ): Se tiene en cuenta la distancia de aproximación (A) y el espesor de la pieza (t). El ángulo de la punta de la broca es θ. Si no dan datos de distancia de aproximación, se elimina el dato. T m = t + A f r (min) A = D 2 tan (90 θ 2 ) 32

33 4. Velocidad de arranque de viruta (Q): Q = π D 2 fr 4 (mm3 /min) b) Operaciones La pieza se queda quieta y es la herramienta (broca) la que se hace girar. a) Escariado: Consiste en aumentar el diámetro de un agujero ya hecho. Se atraviesa toda la longitud del agujero con una herramienta (broca) en movimiento de giro. b) Roscado: Consiste en crear una rosca en el agujero que se ha hecho previamente. Se diferencia del Roscado (torneado) en que en el de taladrado, se hace la rosca en la 33

34 superficie interior, mientras que en el Roscado (torneado), se hace la rosca en la superficie exterior. c) Abocardado: Consiste en aumentar el diámetro de un agujero en mayor medida que en el escariado. No suele hacerse toda la longitud del agujero. d) Avellanado: Consiste en crear una superficie inclinada en un agujero ya hecho para poder poner tornillos que tienen una cabeza avellanada (quedan embebidos en la superficie). e) Punto de centrado: Sirve para hacer una guía que posteriormente puede utilizarse para hacer agujeros, poner tornillos, etc. 34

35 f) Refrentado: Consiste en corregir una superficie para hacerla plana. 35

36 Ilustración 17. Operaciones de taladrado 36

37 C. Fresado a) Parámetros 1) Velocidad de corte (v): v = π D N (mm/min) 2) Avance (f): Se determina como el avance por diente cortante, llamado carga de viruta, y representa el tamaño de la viruta formada por cada filo de corte. 3) Velocidad de avance (f r ): Tiene en cuenta la velocidad del husillo portafresas y el número de dientes en la fresa. f r = N f n t (mm/min) Donde: f r es el avance lineal (mm/min), f es el avance (mm/diente) y n t es el número de dientes de la fresa. 4) Velocidad de arranque de viruta (Q): Se calcula para una operación de fresado tangencial de planeado con una herramienta de ancho w y profundidad d. Q = w d f r (mm 3 /min) b) Tipos de fresado 1) Fresado tangencial o periférico: El eje de la fresa es paralelo a la superficie. 2) Fresado frontal: El eje de la fresa es perpendicular a la superficie. 37

38 c) Operaciones de fresado tangencial o periférico 1. Planeado: Consiste en dar planitud a la superficie. 2. Ranurado: Consiste en hacer una franja en la superficie. 3. Escalonado: Consiste en hacer un escalón en un lateral. 38

39 4. Escalonado paralelo: Consiste en hacer un escalón en dos laterales a la vez. d) Operaciones de fresado frontal 1. Planeado: Consiste en dar planitud a la superficie. 2. Escalonado: Consiste en hacer un escalón en un lateral de la pieza. 3. Ranurado: Consiste en hacer una franja en la superficie. 39

40 4. Perfilado: Consiste en dar forma al contorno de la pieza. 5. Cajeado: Consiste en hacer un rectángulo, círculo o cualquier forma con una cierta profundidad en la superficie de la pieza. 6. Fresado de contorno superficial: Consiste en dar forma a la superficie de la pieza. Se diferencia del perfilado en que el primero se modifica la superficie de la pieza y en el perfilado, los laterales de la pieza. 40

41 Ilustración 18. Operaciones de fresado 41