50
SISTEMAS DE PRODUCCIÓN MECANIZADO Departamento de Materiales y Producción Aeroespacial. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos-UPM 1/49 INTRODUCCIÓN Los Procesos de Conformado por Eliminación de Material, habitualmente denominados Procesos de Mecanizado, se caracterizan por la obtención de la geometría final de la pieza mediante la eliminación del material sobrante de una preforma de partida. Según el método empleado en la eliminación del material, pueden considerarse incluidas dentro de los procesos de mecanizado las dos siguientes categorías de procesos. Procesos Convencionales.  La eliminación de material se realiza fundamentalmente por medios mecánicos. Los procesos de torneado, fresado y taladrado, pertenecen a este grupo. Procesos No Convencionales.  La eliminación de material se debe fundamentalmente a otros medios diferentes de los mecánicos (eléctricos, físico-químicos, etc.). Procesos  pertenecien tes a este gru po son la ele ctroerosión y e l fresado químic o entre otros. Los procesos de mecanizado constituyen, en la actualidad, el conjunto de procesos de fabricación más ampliamente difundidos en la industria. Ello es debido, entre otras razones, a su gran versatilidad en la obtención de diferentes tipos de geometría y al nivel de precisión dimensional obtenido en comparación con otros procesos. Esta difusión ha sido causa, entre otras razones, de que los equipos propios de mecanizado hayan experimentado una evolución más acusada que los restantes en el campo de la automatización, siendo las Máquinas-Herramienta de Control Numérico el más claro exponente de este hecho. ELEMENTOS DE UN PROCESO DE MECANIZADO CONVENCIONAL La realización de un Proceso de Mecanizado, requiere la intervención de los siguientes elementos: Pieza Herramienta Máquina-Herramienta Utillaje Sistema de control Pieza El término genérico "pieza" representa el elemento material objeto de la transformación durante la ejecución del proceso. En su estado inicial o preforma,  la geometría de la pieza  presenta unas creces,  que suponen una sobredimensión respecto a las dimensiones finales a obtener. En la mayoría de las situaciones, el material sobrante se elimina en una serie de operaciones sucesivas que van aproximando la geometría de la preforma a la de la pieza terminada. Las operaciones intermedias de este proceso se designan genéricamente como operaciones de desbaste, mientras que la última de tales operaciones se designa como operación de acabado. Una vez alcanzada la forma geométrica final, la pieza debe

pdf-crack.jsf.pdf

Embed Size (px)

Citation preview

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    1/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 1/49

    INTRODUCCIN

    Los Procesos de Conformado por Eliminacin de Material, habitualmente denominadosProcesos de Mecanizado, se caracterizan por la obtencin de la geometra final de la pieza

    mediante la eliminacin del material sobrante de una preforma de partida.

    Segn el mtodo empleado en la eliminacin del material, pueden considerarse incluidasdentro de los procesos de mecanizado las dos siguientes categoras de procesos.

    Procesos Convencionales.La eliminacin de material se realiza fundamentalmente pormedios mecnicos. Los procesos de torneado, fresado y taladrado, pertenecen a estegrupo.

    Procesos No Convencionales.La eliminacin de material se debe fundamentalmente aotros medios diferentes de los mecnicos (elctricos, fsico-qumicos, etc.). Procesos

    pertenecientes a este grupo son la electroerosin y el fresado qumico entre otros.

    Los procesos de mecanizado constituyen, en la actualidad, el conjunto de procesos defabricacin ms ampliamente difundidos en la industria. Ello es debido, entre otras razones, asu gran versatilidad en la obtencin de diferentes tipos de geometra y al nivel de precisindimensional obtenido en comparacin con otros procesos.

    Esta difusin ha sido causa, entre otras razones, de que los equipos propios de mecanizadohayan experimentado una evolucin ms acusada que los restantes en el campo de laautomatizacin, siendo las Mquinas-Herramienta de Control Numrico el ms claro

    exponente de este hecho.

    ELEMENTOS DE UN PROCESO DE MECANIZADO CONVENCIONAL

    La realizacin de un Proceso de Mecanizado, requiere la intervencin de los siguienteselementos:

    Pieza Herramienta Mquina-Herramienta

    Utillaje Sistema de control

    Pieza

    El trmino genrico "pieza" representa el elemento material objeto de la transformacindurante la ejecucin del proceso. En su estado inicial o preforma, la geometra de la pieza

    presenta unas creces,que suponen una sobredimensin respecto a las dimensiones finales aobtener. En la mayora de las situaciones, el material sobrante se elimina en una serie deoperaciones sucesivas que van aproximando la geometra de la preforma a la de la piezaterminada. Las operaciones intermedias de este proceso se designan genricamente comooperaciones de desbaste, mientras que la ltima de tales operaciones se designa como

    operacin de acabado. Una vez alcanzada la forma geomtrica final, la pieza debe

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    2/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 2/49

    encontrarse dentro de las especificaciones dimensionales del diseo (toleranciasdimensionales, tolerancias de forma y posicin, acabado superficial, etc.)

    Aparte de las especificaciones dimensionales la "pieza" debe cumplir otras especificaciones dediseo tales como propiedades mecnicas. Estas propiedades sern asimismo un

    condicionante a la hora de elegir el proceso y la forma en la que ste ser llevado a cabo.

    Herramienta

    Es el elemento que entra en contacto directo con la pieza y produce la eliminacin del materialsobrante de la preforma.

    Una herramienta consta, en general, de una o varias aristas o filos, materializadas por lainterseccin de superficies, generalmente planas. Entre estas superficies, resultan de mayorinters la denominada cara de incidencia, aqulla que queda enfrentada a la superficiemecanizada de la pieza y la cara de desprendimiento, aqulla por la que se desprende elmaterial eliminado o viruta. Las aristas se denominan aristas o filos de corte.

    Figura 1.- Herramientas de mecanizado

    La tipologa existente de herramientas es muy amplia, ya que depende, entre otras, de laoperacin a realizar y condiciones de la misma, de la mquina-herramienta en el que sedesarrolla dicha operacin y de las propiedades que se pretenden conseguir en la pieza una vezfinalizado el proceso. En funcin del nmero de aristas de corte es frecuente considerar una

    primera clasificacin de herramientas en herramientas monofilo,tales y como las empleadasen operaciones de torno, y herramientas multifilo, tales y como las empleadas enoperaciones de fresado. La herramienta se completa con una parte no activa que permite su

    fijacin a los elementos de sujecin de la mquina-herramienta.

    Segn su construccin pueden considerarse herramientas enterizas, cuando toda laherramienta es del mismo material y herramientas de plaquitascuando la parte activa y elresto de la herramienta son de materiales diferentes. Se denominan de esta forma porque la

    parte activa suele tener forma de pequeas placas que se unen al mango o al cuerpo de laherramienta mediante soldadura o medios de fijacin mecnica (tornillos, bridas, etc.).

    Maquina-Herramienta

    Una mquina-herramienta puede considerarse constituida por el conjunto de dispositivos quepermiten el desplazamiento relativo entre la pieza y la herramienta y la eliminacin del

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    3/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 3/49

    material sobrante de la preforma. Estos dispositivos pueden agruparse dentro de las siguientescategoras:

    Dispositivos de sujecin: Son aqullos que tienen como misin asegurar que la pieza o laherramienta se mantienen en posiciones tales que permiten la eliminacin de material.

    Ejemplos de tales dispositivos son: platos de garras, mordazas, mesa portaherramientas,conos de sujecin, etc.

    Dispositivos de accionamiento: Son aqullos encargados de realizar el desplazamientorelativo entre la pieza y la herramienta: Motor, transmisiones, husillos, etc.

    Utillaje

    Es todo conjunto, generalmente mecnico, que cumple misiones de posicionamiento, fijacino cualquier otra funcin auxiliar en relacin con la pieza, la herramienta, o su movimientorelativo.

    Algunos de los elementos considerados como partes integrantes de las mquinas-herramienta,pueden ser considerados a su vez como utillaje. Este sera el caso de un plato de garras en untorno, o una mordaza en una fresadora. Normalmente este tipo de utillaje, al ser estndar en lamayora de las mquinas-herramienta de un cierto tipo, suele ser considerado como parteintegrante de dichas mquinas, reservndose la denominacin de utillaje para aquelloselementos especficos utilizados en cada proceso concreto.

    Sistema de Control

    Engloba los dispositivos encargados de controlar los desplazamientos relativos entre pieza yherramienta. En las mquinas convencionales el control suele ser realizado por acciones deloperario (tornero, fresador) sobre los dispositivos que a tal efecto cuenta la mquina-herramienta (volantes, botoneras, palancas de control, etc.). En las mquinas de controlnumrico, este tipo de acciones quedan relegadas al propio control de la mquina sin se que se

    produzca una intervencin directa del operario sobre el proceso de eliminacin de material.

    MATERIALES DE PIEZAS Y HERRAMIENTAS

    Materiales de Piezas

    El material de la pieza a mecanizar es uno de los condicionantes esenciales para la viabilidaddel proceso. No obstante, aun conociendo sus propiedades fsicas, no resulta sencillo predecirsu comportamiento en un proceso de mecanizado debido al elevado nmero de factores queinciden sobre l. Existen recopilaciones experimentales que recogen las condiciones detrabajo ms habituales para diferentes operaciones de mecanizado y tipos de materiales. Noobstante, los valores recomendados difcilmente se ajustan a una situacin particular, aunquesirven como punto de partida para el ajuste final a la situacin productiva concreta. Desde el

    punto de vista de la industria aeronutica, los grupos de materiales de mayor inters son losconstituidos por Aceros, Aceros inoxidables, Aleaciones termoresistentes (base Fe, Ni, Co), yaleaciones ligeras (Al, Ti, Mg).

    Para caracterizar el comportamiento de un determinado material suele emplearse el conceptode maquinabilidad, entendida como la aptitud que presenta ste para ser mecanizado. El

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    4/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 4/49

    trmino procede del ingls "machinability" y probablemente una traduccin ms adecuadasera la de "mecanizabilidad". No obstante, y dado que el trmino maquinabilidad se encuentraampliamente extendido, se continuar en lo sucesivo con esta designacin.

    Tal y como se ha indicado, el concepto de maquinabilidad presenta ambigedad si no va

    acompaado de una situacin concreta de proceso. Aun as, los enfoques que puedan darse altrmino "aptitud del material" pueden resultar muy diversos. Por todo ello resulta complicadoestablecer un valor que cuantifique la maquinabilidad, debiendo buscarse en cada caso aquelque mejor se ajuste a los requerimientos exigidos al proceso.

    De una forma general pueden enumerarse una serie de factores ligados al material de la piezaque inciden directamente sobre la maquinabilidad. La cuanta de dicha incidencia, incluso elefecto producido, debern establecerse en cada situacin concreta. Entre estos puedenmencionarse

    Composicin qumica Estructura Comportamiento trmico

    La composicin qumica del material de la pieza condiciona una gran parte de laspropiedades mecnicas, que influyen en la maquinabilidad. As la maquinabilidad de un metalpuro o de una aleacin con base ese mismo metal, puede sufrir grandes variaciones inclusopara pequeos porcentajes de elementos aleantes. El acero, como aleacin Fe-C, puederesultar un claro ejemplo de este hecho.

    Dentro de la composicin qumica del material debe considerarse la presencia de elementos dealeacin. Puede decirse que, la presencia de tales aleantes (Cr, Co, Ni, Mn, Mo, V, etc.) suele

    por lo general, influir negativamente en la maquinabilidad, por la modificacin de laspropiedades fsicas que suponen. Una excepcin en esta regla puede considerarse la presenciade S, Pb, P Se que, bien como elementos de aleacin, bien como aditivos libres, puedenfacilitar la eliminacin de material.

    Aunque inicialmente no formen parte de la composicin qumica del material, las inclusionesque pueda presentar se encuentran estrechamente ligadas a dicha composicin. Cabe distinguirentre macroinclusiones y microinclusiones, siendo 0,1 mm un valor frontera normalmenteaceptado entre ambos tipos.

    Las macroinclusiones suelen ser debidas a impurezas procedentes del proceso previo deobtencin del material. Su naturaleza resulta por tanto muy diversa, pero por lo general,

    producen una reduccin de la maquinabilidad. Las microinclusiones, habitualmenteconstituidas por xidos (Al2O3, FeO, MnO etc.), suponen un efecto negativo sobre lamaquinabilidad, aunque puedan darse excepciones como en el caso de los silicatos que envalores elevados de velocidad de corte, producen una capa que protege de la abrasin la carade desprendimiento de la herramienta.

    La estructura del material implica que, materiales con la misma composicin qumica,pueden presentar diferentes comportamientos desde el punto de vista de la maquinabilidad. Eltamao y orientacin del grano, la forma y distribucin de los elementos aleados, los estadostensionales originados (endurecimiento por deformacin) en procesos de conformacin

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    5/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 5/49

    previos, o la acritud son algunos de los factores ms significativos a considerar dentro de estegrupo.

    El comportamiento trmicopuede ser contemplado desde dos puntos de vista. El primero deellos se establece a partir de la conductividad trmica del material que facilitar o dificultar

    la eliminacin de calor de la zona de deformacin. En este sentido valores crecientes deconductividad trmica mejoran la maquinabilidad. El segundo punto de vista tiene que ver conlas modificaciones que un incremento de temperatura puede producir en las propiedadesmecnicas o incluso en la composicin qumica o la estructura del material.

    Materiales de Herramientas

    Existe una amplia variedad de materiales empleados en la parte activa de la herramienta. Laeleccin de uno u otro tipo depende fundamentalmente de las propiedades mecnicas delmaterial a mecanizar y de los requerimientos del proceso a realizar. Por lo general, se requiereuna elevada dureza y una elevada resistencia al desgaste que permitan la eliminacin continuade material. Resulta esencial que estas propiedades se mantengan en caliente debido alincremento de temperatura producido en la zona de corte como consecuencia del rozamientoentre la pieza y la herramienta. Este hecho descarta el uso de materiales tales como los acerosal carbono, al no mantener unas propiedades de dureza aceptables en caliente.

    Como materiales ms usuales de la parte activa de la herramienta pueden considerarse lossiguientes grupos:

    Aceros rpidos Carburos metlicos

    Materiales cermicos Cermets Materiales diamantados

    Los aceros rpidos, denominados as por permitir altas velocidades de mecanizado enrelacin a otros aceros, estn constituidos por un grupo de aceros con un contenido en carbonoentre el 0,7% y el 0,9% y una serie de elementos de aleacin tales como cobalto (5%17%),wolframio (18%18,5%), cromo (4%4,5%), molibdeno (0,5%1,1%) y vanadio (0,8%2,5%), que les confieren sus propiedades de dureza y resistencia al desgaste en fro y encaliente. Para herramientas de geometra compleja estos aceros se obtienen por sinterizado.

    Los carburos metlicos, tambin denominados metales duros, estn constituidos porcarburos de wolframio con adicin de cobalto, carburos de titanio y carburos de tntalo.Presentan unos valores elevados de dureza y resistencia al desgaste en comparacin con losmateriales previamente mencionados. En la actualidad se trabaja en diferentes tipos derecubrimientos de estos materiales. Entre estos recubrimientos destacan el nitruro de boro, queconfiere a la herramienta una dureza y una resistencia al desgaste muy elevadas. Los carburosmetlicos son, junto con los aceros rpidos, los materiales ms ampliamente utilizados.

    Los materiales cermicos tienen almina (Al2O3) o nitruro de silicio (Si3N4) comoconstituyentes bsicos. Presentan una elevada dureza as como una gran fragilidad, hecho esteque limita en gran medida su campo de aplicacin. Existen materiales designados como

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    6/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 6/49

    cermets, que son una mezcla de materiales cermicos (TiC) y metales (Co, Ni, Mo) obtenidamediante sinterizado.

    Los materiales diamantados emplean diamante en polvo y aglutinante como elementosbsicos. Presentan la mxima dureza frente a los restantes materiales, aunque poseen una gran

    fragilidad y un elevado coste como principales inconvenientes.

    En la siguiente grfica se recogen a ttulo orientativo valores usuales de dureza y temperaturapara algunos de los grupos de materiales considerados

    20

    40

    60

    80

    HRc

    100 300 500 700 T(C)

    Cermicos

    Carburos

    Aceros

    AcerosRpidos

    MOVIMIENTO RELATIVO PIEZA/HERRAMIENTA

    Para poder eliminar el material sobrante de la preforma es necesario que la pieza y la

    herramienta posean un movimiento relativo. En la prctica, y en cada proceso concreto, bienuna u otra, o en algunos casos ambas, son quienes realmente se desplazan. A efectos defacilitar el estudio cinemtico del movimiento relativo pieza/herramienta, se considera que la

    pieza permanece inmvil, mientras que la herramienta es quien describe el movimientorelativo. Este movimiento suele descomponerse en tres movimientos denominados:

    Movimiento principal Movimiento de avance Movimiento de penetracin

    El movimiento principal es el responsable de la eliminacin del material. Consume la mayorparte de la potencia empleada en el proceso.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    7/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 7/49

    El movimiento de avancees el responsable de un arranque continuo de material, marcando latrayectoria que debe seguir la herramienta a tal fin.

    El movimiento de penetracin suele ser un movimiento previo al inicio del proceso queposiciona inicialmente pieza y herramienta, siendo responsable de la cantidad de material

    eliminado.

    El siguiente cuadro resume los parmetros cinemticos asociados a cada uno de losmovimientos considerados, as como sus unidades y sus rdenes de magnitud

    MOVIMIENTOPRINCIPAL

    MOVIMIENTODE AVANCE

    MOVIMIENTOPENETRACIN

    PARMETRO Velocidad de corte a) Avance b)Velocidad de avance

    Profundidad depasada

    SMBOLO [v] a) [f]

    b) [vf]

    [ap]

    UNIDADES m/min a) mm b) mm/min mm ORDEN DE

    MAGNITUD(1) Acero rpido:hasta 50 m/minMetal Duro:hasta 200 m/minDiamante:hasta 1000 m/min

    Desbaste(2):hasta 3 mm/rev

    Acabado(2):menos de 0,2 mm/rev

    Desbaste(2):hasta 10 mm

    Acabado(2):menos de 1 mm

    (1) Estos valores deben interpretarse a ttulo orientativo para el mecanizado de acero, pudiendoexperimentar grandes variaciones en funcin del proceso considerado, del material de pieza yherramienta, de la potencia y mquina-herramienta utilizada, etc.

    (2) Considerando un proceso de torneado convencional

    El movimiento resultante de corte es la suma de los movimientos principal y de avance(recurdese que el movimiento de penetracin es un movimiento previo al proceso deeliminacin de material propiamente dicho). As se tiene que la velocidad resultante de cortervrc es: r r r

    v v vrc f= + En general se cumple que el mdulo de la velocidad de avance es mucho menor que el de la

    velocidad de corte por lo que suele ser prctica habitual considerarv vrc

    CLASIFICACIN DE LAS MQUINAS-HERRAMIENTA

    Las mquinas-herramienta (M-H) pueden ser clasificadas segn muy diversos criterios.Atendiendo a que el movimiento principal sea de rotacin o de traslacin y a que ste lo llevela pieza o la herramienta, puede considerarse la siguiente clasificacin, en la cual se incluye eltipo de herramienta normalmente empleado: (1) = Monofilo, (2) = Multifilo

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    8/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 8/49

    Limadora 1Herramienta Mortajadora 1

    Traslacin Brochadora 2

    Pieza Cepillo 1

    Mquina-Herramienta

    Pieza Torno 1

    Rotacin Taladradora 2Herramienta Fresadora 2

    Mandrinadora 1Rectificadora 2

    Se describen a continuacin algunas de las caractersticas ms representativas de lasmquinas-herramienta includas en la anterior clasificacin.

    Limadora

    Es una mquina-herramienta con movimiento principal de traslacin. Permite el mecanizadode superficies planas o de ranuras en una direccin paralela a la del desplazamiento de laherramienta monofilo. Este desplazamiento se realiza en sucesivos ciclos de avance yretroceso de la herramienta. En el avance, la herramienta elimina material, mientras que en elretroceso vuelve a su posicin inicial de ciclo sin eliminacin de material. La velocidad decorte no es constante debido al accionamiento con que cuenta la mquina-herramienta. Este

    accionamiento permite que los retrocesos se realicen en un tiempo inferior que los avances afin de obtener un mayor tiempo de corte a lo largo del proceso. El trabajo en la limadora no

    permite obtener buenos acabados superficiales, siendo normalmente desarrollado como unaoperacin de desbaste previa a otras operaciones de acabado realizadas en otras mquinas-herramienta tales como la fresadora. La figura 2 muestra un ejemplo de una limadora.

    Figura 2.- Limadora

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    9/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 9/49

    Mortajadora

    Cinemticamente trabaja de forma similar a la de la limadora o el cepillo, es decir, laherramienta posee un movimiento alternativo de avance y retroceso que posibilita elmecanizado de superficies planas paralelas a la direccin de corte. El eje de desplazamientode la mortajadora es vertical por lo que permite el mecanizado de piezas de mayoresdimensiones que la limadora, as como el trabajo de ranuras interiores. La figura 3 recoge unejemplo de mortajadora.

    Figura 3.- Mortajadora

    Brochadora

    A diferencia de las tres mquinas-herramienta anteriores, que emplean herramientas monofilo,la brochadora emplea una herramienta multifilo denominada brocha. La brochadora se utilizaen el mecanizado de ranuras de forma, tanto en interiores como en exteriores. La brocha poseeuna seccin con la forma geomtrica final que se desea alcanzar en la ranura. Esta seccin sereproduce a lo largo del eje de la herramienta en secciones semejantes, diferenciadas por unfactor de escala. De esta forma se "reparte" el trabajo de mecanizado entre las diferentessecciones hasta conseguir, que en un slo paso de la herramienta por la pieza, se obtenga lageometra final de la ranura. La figura 4 muestra una brochadora vertical de exteriores.

    Figura 4.- Brochadora vertical de interiores

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    10/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 10/49

    Cepillo

    Tiene un funcionamiento cinemticamente similar al de la limadora, de ah que su campo deaplicacin sea tambin el trabajo en desbaste de superficies planas o de ranuras. A diferenciade la limadora, el movimiento principal lo lleva la pieza, siendo la velocidad de corteconstante durante los semiperiodos de avance y retroceso. Las dimensiones del cepillo sonmayores que las de la limadora, y por lo general, se emplea en el mecanizado de piezas demayor tamao.La figura 5 muestra un ejemplo de cepillo.

    Figura 5.- Cepillo

    Torno

    El torno emplea una herramienta monofilo y un movimiento de rotacin de la pieza para laeliminacin del material. Es, junto con la fresadora, la mquina-herramienta ms universal y

    verstil. Permite el mecanizado de superficies de revolucin con unos grados de acabadosuperficial suficientemente buenos si la eleccin de las condiciones de corte se realizaadecuadamente. Permite asimismo la obtencin de superficies planas perpendiculares al eje derotacin de la pieza y otra serie de trabajos que sern descritos ms adelante. El torno mshabitual, denominado torno paralelo, se recoge en la figura 6.

    Figura 6.- Torno paralelo

    Taladradora

    Tal y como su nombre indica, la taladradora se utiliza para la realizacin de orificios o

    taladros en las piezas. El movimiento principal de rotacin, perpendicular a la superficie deapoyo de la pieza, lo lleva la herramienta, que es adems quien se desplaza paralelamente aleje de rotacin. Para conseguir el movimiento de avance. La herramienta ms comnmente

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    11/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 11/49

    empleada es la broca, cuyo dimetro es variable en funcin de las dimensiones del taladro quese desee obtener. La precisin dimensional de los taladros realizados con broca suele ser ms

    bien baja, requirindose el empleo de otras herramientas, o incluso de otras mquinas-herramienta, cuando dicha precisin es necesaria. La figura 7 muestra un ejemplo detaladradora de columna.

    Figura 7.- Taladradora de columna

    Fresadora

    La fresadora, cinemticamente funciona de manera similar a la taladradora, incorporando undesplazamiento de la pieza en su plano de apoyo. Esto permite un movimiento relativo entre

    pieza y herramienta segn los tres ejes de coordenadas X, Y, y Z y posibilita el mecanizado desuperficies planas o curvas as como todo tipo de ranurados y taladrados en la pieza. Lasfiguras 8 y 9 muestran un ejemplo de fresadora con herramienta horizontal y fresadora conherramienta vertical respectivamente.

    Figura 8.- Fresadora horizontal Figura 9.- Fresadora vertical

    Mandrinadora

    Es una mquina-herramienta que comparte cierta similitud con la taladradora y con lafresadora. De hecho existen mquinas-herramienta denominadas fresadoras-mandrinadoras.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    12/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 12/49

    La mandrinadora es una mquina normalmente de eje horizontal, pudiendo realizar trabajoscompletamente anlogos a los desarrollados por la fresadora horizontal. La caracterstica msdestacada de la mandrinadora es la herramienta empleada, denominada barra de mandrinar mandrino. Consiste en un eje, sujeto por ambos extremos a la mquina-herramienta, en el que

    pueden acoplarse varias herramientas monofilo situadas en planos perpendiculares a dicho eje.

    La rotacin del eje permite mecanizar (mandrinar) varios taladros simultneamente,asegurando de forma relativamente precisa la coaxialidad de los mismos. La figura 10 muestraun ejemplo de mandrinadora.

    Figura 10.- Mandrinadora

    Rectificadora

    La rectificadora emplea una herramienta especial denominada muela. La muela puedeconsiderarse como una herramienta multifilo, aunque a diferencia de las herramientasmultifilo convencionales, est constituida por granos de un material abrasivo unidos medianteun elemento aglutinante. La rectificadora se emplea casi exclusivamente en operaciones deacabado, obtenindose unos valores de tolerancias superficiales y grado de acabado superficialsuperiores a los obtenidos en las operaciones realizadas en las mquinas-herramienta

    previamente descritas. La figura 11 muestra una rectificadora planificadora.

    Figura 11.- Rectificadora planificadora

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    13/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 13/49

    PARMETROS Y VARIABLES ASOCIADAS AL CORTE

    Cualquier proceso de mecanizado puede asimilarse a una situacin tal y como la mostrada enla figura 12. En ella puede apreciarse como la herramienta produce la eliminacin del material

    de la pieza mediante la incidencia de la arista o filo de corte sobre sta, desplazndose con unavelocidad relativa v, que es la velocidad resultante de corte.

    Herramienta

    Pieza

    v

    Figura 12.- Esquema de proceso de mecanizado

    El ngulo formado por la direccin de la velocidad resultante de corte y la arista de corterecibe el nombre de ngulo de inclinacin(). Cuando =90 el modelo de corte se conocecomo corte ortogonal, mientras que para 90 el modelo de corte se denomina corteoblicuo.

    En general, los procesos de mecanizado siguen el modelo de corte oblicuo, aunque en laprctica es frecuente considerar el modelo de corte ortogonal por su mayor sencillez declculo y porque el ngulo de inclinacin se aproxima bastante al valor de corte ortogonal.

    Seccin normal a la arista de corte

    Si se supone un modelo de corte ortogonal, en una seccin cualquiera de la pieza y laherramienta perpendicular a la arista de corte, se tiene la situacin mostrada en la figura 13.

    Sobre ella pueden definirse los siguientes parmetros geomtricos: (ntese que los valoresangulares que a continuacin se definen dependen del plano de seccin elegido, que en estecaso es perpendicular a la direccin de la arista de corte).

    ngulo de filo ():Es el ngulo formado por las caras de incidencia y desprendimiento de laherramienta

    ngulo de incidencia (): Es el ngulo formado por la cara de incidencia de la herramienta yla superficie de la pieza ya mecanizada. Su origen se hace coincidir con la superficiemecanizada de la pieza y el sentido positivo es el antihorario.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    14/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 14/49

    Figura 13.- Seccin normal a la arista de corte

    El ngulo de incidencia toma valores positivos comprendidos normalmente entre 5 y 10.Interesa que sea lo menor posible, sin embargo, en valores muy pequeos de , se produce unexcesivo rozamiento entre la herramienta y la pieza, generando un incremento de temperaturaque puede afectar a las propiedades mecnicas y geomtricas de ambas.

    ngulo de desprendimiento (): Es el ngulo formado por la cara de desprendimiento de laherramienta y la direccin perpendicular a la superficie mecanizada. Su origen se hace

    coincidir con dicha direccin normal, siendo su sentido positivo horario para la representacinindicada en la figura 13.

    El ngulo de desprendimiento toma valores entre -5 y 30. Valores positivos de este nguloreducen el rozamiento entre la viruta y la herramienta, sin embargo, a igualdad de ngulo deincidencia, obligan a emplear herramientas menos robustas (menor ngulo de filo), que

    presentan mayor facilidad de rotura y menores posibilidades de evacuacin de calor. Porcontra, el empleo de ngulos de desprendimiento negativos, incrementa el rozamiento viruta-herramienta y produce un incremento del consumo de potencia al requerirse una mayorenerga de deformacin de la viruta que en el caso de positivo. No obstante, suele emplearseeste tipo de geometra cuando se requiere una herramienta con mayor ngulo de filo.

    Segn el signo del ngulo de desprendimiento se diferencia entre geometra de corte positivao negativatal y como se muestra en la figura 14.

    Figura 14.- Geometras de corte positiva (a) y negativa (b)

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    15/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 15/49

    Como relacin geomtrica entre los ngulos definidos se cumple que

    + + = 90

    Plano de deslizamiento: Es un plano terico en el que se produce la deformacin del material

    de la pieza. En rigor se trata de una zona de deslizamiento ms que de un plano propiamentedicho, sin embargo en la prctica es frecuente reducir esta zona a un plano.

    ngulo de deslizamiento (): Es el ngulo formado por la superficie de la pieza y el plano dedeslizamiento.

    Espesor de viruta indeformada (ac): es el espesor del material que va a ser eliminado antesde sufrir deformacin alguna.

    Espesor de viruta deformada (ad): es el espesor del material eliminado despus de haber

    sufrido la deformacin.

    Factor de recalcado (): es el cociente entre los espesores de viruta deformada y sindeformar. Es siempre mayor o igual que la unidad.

    =a

    a

    d

    c

    Si se observa la figura 13, puede apreciarse que si A es el punto que define el ngulo dedeslizamiento, se tiene:

    a OAc = sen

    a OAd = cos( )

    y por tanto

    = =

    aa

    d

    c

    cos( )

    sen tg

    =cos

    sen

    expresiones que relacionan los ngulos de deslizamiento () y de desprendimiento () a travsdel factor de recalcado ().

    Seccin normal a la velocidad de corte

    En una seccin normal a la velocidad de corte se tienen los siguientes parmetros mostradosen la figura 15.

    Ancho de corte (b): es la longitud de la arista de corte que efectivamente elimina material

    Seccin de viruta indeformada (Ac): Es la seccin de material perpendicular a la direccinde la velocidad de corte que va a ser eliminada. Se cumple que

    Ac= b ac

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    16/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 16/49

    Figura 15.- Seccin normal a la velocidad de corte.

    Volumen de material eliminado por unidad de tiempo ( & ):

    & = Ac v = b acv

    El factor de escala mostrado en la figura 15 no se corresponde con la realidad, ya que, por logeneral, la pieza suele tener unas dimensiones considerablemente mayores que las de laseccin de viruta y el ancho de corte. No obstante, considerando una situacin tal y como laindicada en la figura 15, en la que la pieza va siendo mecanizada en sucesivas pasadasdistanciadas entre s una longitud f, se tiene:

    Avance (f): Desplazamiento de la herramienta entre dos pasadas consecutivas

    Profundidad de pasada (ap): Distancia de penetracin de la herramienta medida enperpendicular respecto a la superficie libre de la pieza.

    ngulo de posicin (kr): es el ngulo formado por la arista de corte y la direccin de lavelocidad de avance

    Se cumple queAc= b ac= f ap

    Otros parmetros no geomtricos, asociados al proceso de corte son:

    Tiempo de mecanizado (tm):es aquel tiempo durante el cual se produce el desplazamiento

    relativo entre pieza y herramienta.

    Tiempo de corte (tc): es el tiempo durante el cual se produce eliminacin de material. Estetiempo es menor o igual que el tiempo de mecanizado

    Fuerza de corte (Fc): Es el valor de la fuerza necesaria para eliminar el material de la piezaen la direccin de la velocidad de corte.

    Potencia de corte ( &W): es la energa necesaria por unidad de tiempo para eliminar el materialde la pieza

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    17/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 17/49

    ROZAMIENTO Y TEMPERATURA

    Debido a los elevados valores de los esfuerzos involucrados en el proceso de corte, seproducen asimismo valores elevados en la fuerza de rozamiento, que suponen un incrementoconsiderable de la temperatura de la herramienta y de la pieza en la zona de corte. Esta

    elevacin de la temperatura trae consigo, entre otras posibles consecuencias, la disminucinde los valores de dureza y resistencia al desgaste de la herramienta y variacionesdimensionales de sta por dilataciones trmicas.

    Por todo ello, resulta de vital importancia en los procesos de mecanizado facilitar al mximola evacuacin del calor generado por las fuerzas de rozamiento, a fin de minimizar los efectosnegativos que ste genera.

    El modelo de rozamiento normalmente aplicado en el mecanizado convencional es el derozamiento de semiadherencia, ya que el modelo de rozamiento de Coulomb empleado en

    mecnica clsica Fr = N, no resulta aplicable debido a que la componente normal a lasuperficie presenta valores muy superiores a los admitidos por este modelo.

    As, la fuerza de rozamiento es proporcional a la tensin de fluencia a cortadura del materialde la pieza (K) y a la seccin de contacto entre pieza y herramienta, siendo el coeficiente de

    proporcionalidad el denominado factor de rozamiento de semiadherencia (m)

    Fr= m K rea.

    Por su parte, el incremento de temperatura debido al rozamiento, resulta ms crtico en laherramienta que en la pieza. La razn es que la pieza presenta en general unas dimensionesmayores que permiten la evacuacin del calor por conduccin hacia el interior y por

    conveccin hacia el exterior de la misma y que slo una pequea parte de la superficie demecanizado se ve afectada en cada instante por el proceso. En el caso de la herramienta lasituacin es la inversa, es decir, sufre continuamente el efecto del rozamiento durante el

    proceso de corte y no dispone de las mismas posibilidades de evacuacin del calor generado.

    En una seccin normal, se localizan tres zonas en las que se alcanza un mayor incremento detemperatura tal y como muestra la figura 16.

    Figura 16.- Zonas de elevada temperatura en un proceso de mecanizado

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    18/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 18/49

    La primera de ellas (zona I) engloba el plano o la zona de deslizamiento, que es aqulla en laque se produce un rozamiento interno del material de la pieza que est siendo deformado. Lasegunda zona (zona II) se localiza en la cara de desprendimiento de la herramienta y aparececomo consecuencia del rozamiento entre sta y la viruta. En esta zona se detecta el punto de

    mxima temperatura, coincidiendo con el punto final de contacto viruta-herramienta.Finalmente aparece una tercera zona (zona III) en las inmediaciones de la cara de incidenciade la herramienta debida al rozamiento aparecido entre sta y la superficie ya mecanizada dela pieza.

    El calor generado en las zonas I y III afecta fundamentalmente a la pieza que, tal y como hasido indicado, presenta mayores posibilidades de evacuacin del mismo por conduccin haciael interior y por conveccin hacia el ambiente exterior. La zona ms crtica es la zona II,

    puesto que, aunque el calor generado se distribuya entre la viruta y la herramienta, la partecorrespondiente a la herramienta resulta ms difcil de eliminar y va acumulndose a medida

    que se desarrolla el proceso.Un efecto muy nocivo, derivado del incremento de temperatura, es el conocido como "filorecrecido" cuya aparicin depende adems de los materiales de pieza y herramienta. El filorecrecido consiste en la deposicin progresiva de material de la pieza sobre la cara dedesprendimiento de la herramienta. Este material queda adherido por soldadura y modifica lageometra de la herramienta, de forma tal que se hace necesario detener el proceso y procedera la eliminacin del recrecimiento antes de proseguir.

    Para disminuir el incremento de temperatura de la herramienta durante el proceso demecanizado se utilizan los denominados fluidos de corte. Estos actan, bien mediante una

    disminucin del coeficiente de rozamiento (lubricacin), bien permitiendo una mayorposibilidad de evacuacin del calor generado (refrigeracin).

    Ambos efectos, lubricacin y refrigeracin, suelen actuar simultneamente. Segn predomineuno u otro puede establecerse una subdivisin entre los fludos de corte. Aquellos en los que

    predomina el efecto de lubricacin estn constituidos mayoritariamente por aceites minerales,y suelen emplearse en procesos con velocidades de corte relativamente bajas (escariado,

    brochado etc.). En los que predomina la refrigeracin (taladrinas) su constitucin mayoritariaes agua con la adicin de aceites minerales solubles, bien disueltos o bien en emulsin.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    19/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 19/49

    CALCULO DE FUERZAS DE CORTE

    La determinacin de la fuerza de corte en el mecanizado permite conocer, no slo lassolicitaciones dinmicas a las que se ve sometida la herramienta o la pieza, sino tambin el

    valor de la potencia requerida para poder efectuar el proceso. La mayor parte de dichapotencia se consume en la eliminacin del material de la pieza, de ah que la componente de lafuerza que reviste una mayor importancia desde este punto de vista es aqulla que tiene lamisma direccin que la velocidad resultante de corte.

    A esta componente es a la que normalmente se denomina fuerza de corte (Fc) y es el objeto declculo de los mtodos que a continuacin se exponen.

    Existen fundamentalmente dos grupos de mtodos para determinar los valores de la fuerza decorte en el mecanizado. El primero de los grupos se basa en una determinacin emprica de lamisma mediante la realizacin de un cierto nmero de ensayos en diferentes condiciones detrabajo y la extrapolacin de los resultados obtenidos a expresiones matemticas de mayor omenor complejidad acorde con el modelo elegido. El segundo grupo se basa en la obtencinde frmulas basadas en los modelos tradicionales de estudio del proceso de corte como son elmodelo de corte oblicuo y su versin ms simplificada de corte ortogonal.

    A continuacin se presentan dos mtodos, cada uno de ellos pertenecientes a uno de losgrupos anteriormente mencionados.

    Mtodo de la presin de corte

    Este mtodo es de los denominados empricos. Establece que la fuerza de corte esdirectamente proporcional a la seccin de viruta indeformada con una constante deproporcionalidad denominada presin de corte (ks).

    F k Ac s c=

    La presin de corte depende de numerosos factores, entre los cuales cabe citar:

    a) Material de la pieza y de la herramienta. Ambos materiales, aparte de otros factores(acabado superficial, lubricacin, etc.), son responsables del valor del rozamiento queaparece entre ambos cuando se ponen en contacto. A medida que dicho rozamiento seincrementa tambin se incrementa el valor de ks. Asimismo, un incremento de la dureza

    del material de la pieza supone un aumento en el valor de ks.

    b) Geometra de la herramienta y de la pieza. En particular existe una variacin de kscon lavariacin del ngulo de desprendimiento. Cuanto ms "positiva " es la geometra de corte(mayor ngulo de desprendimiento), menor es el valor de kspuesto que la viruta sufre unamenor deformacin a igualdad de material eliminado.

    c) Seccin de viruta. Cuando la seccin de viruta aumenta ksdisminuye

    d) Velocidad de corte. Aunque de un modo muy ligero, se observa una disminucin de la

    presin de corte cuando aumenta la velocidad de corte.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    20/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 20/49

    e) Lubricacin. Al modificarse las condiciones de rozamiento pieza/herramienta, unincremento de la lubricacin supone un descenso del valor de ksal reducirse la fuerza derozamiento.

    f) Desgastede herramienta. Modifica la geometra y por tanto el valor de ks.

    Al ser tan numerosos, y en algunos casos tan difcilmente cuantificables los factores queinfluyen en el valor de ks, el nico mtodo fiable para su determinacin es la medicin directasobre el proceso de mecanizado concreto en las condiciones especficas en las que ste serealiza. En la prctica, dado que este proceder resulta poco viable , se recurre a la utilizacinde tablas que recogen las variaciones de ksen funcin de una serie de variables dependientesde los factores anteriormente mencionados.

    Un primer mtodo emprico para la determinacin de la presin de corte establece que kspuede obtenerse a partir de

    k CA

    sks

    cEks=

    donde Cksy Eksson constantes que dependen de los materiales de la pieza y herramienta yque pueden encontrarse en forma de tablas. Este mtodo, aunque sencillo en su aplicacin, nosuele proporcionar valores excesivamente fiables, por lo que su aplicacin queda reducida

    para obtener una primera aproximacin del valor de ks

    Un segundo mtodo, tambin sencillo, aunque algo ms completo, se basa en correlacionar elvalor de kscon el espesor de viruta indeformada ac. Para ello se parte de la presin especficade corte ks0que se corresponde con el valor de kscuando la seccin de viruta Aces la unidad.

    Experimentalmente, el valor de la fuerza de corte Fc a partir de ks0 puede establecersemediante una relacin de la forma

    F k b ac sy

    c

    x= 0

    donde b representa el ancho de corte, acrepresenta el espesor de viruta indeformada, y xeyson exponentes menores que la unidad dependientes del material de la pieza.Relacionando esta expresin con la ya citada

    F k Ac s c= se llega a

    k k b as sy

    c

    x= 01 1

    Valores experimentales obtenidos en distintos ensayos sobre diversos materiales demuestranque en la prctica puede aproximarse el valor del exponenteya la unidad, por lo que llamando

    z=1-x, se tiene

    k k as s cz= 0

    Teniendo en cuenta que rc kfa sen= , la expresin final de la fuerza de corte queda como

    p

    z

    r

    z

    s

    z

    cscsc akfkbakAkF === )(sen10

    10

    En la siguiente tabla se recogen los valores de ks0y dezpara materiales de uso ms frecuente.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    21/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 21/49

    MATERIAL AMERICANAA.A.

    UNE ks0daN/mm2

    z

    1100 L-3002 23 0.32011 L-3192 34 0.32014 L-3130 87 0.3

    Aleaciones de 2017 L-3120 80 0.3Aluminio 2024 L-3140 76 0.3

    4032 L-3541 76 0.36061 L-3420 59 0.37075 L-3710 100 0.3

    MATERIAL Resistencia atraccin/Dureza HB

    ks0daN/mm2

    z

    Acero al carbono

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    22/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 22/49

    Mtodo de Corte Ortogonal

    Este mtodo se basa en la teora de corte ortogonal, que supone un ngulo de inclinacin ()de 90. Para la aplicacin del mismo se establecen adems dos hiptesis simplificativas: (a) Lalnea de accin de las fuerzas de accin/reaccin entre pieza y herramienta pasa por la arista

    de corte y (b) no existen momentos flectoresCon estas hiptesis se plantea la situacin esquematizada en la figura 17, en la que Rrepresenta la resultante de las fuerzas que la herramienta ejerce sobre la pieza. Si la resultanteR se descompone segn la direccin del plano de deslizamiento y su normal aparecen lascomponentes Fs y Ns respectivamente. Anlogamente, si la descomposicin empleada essegn la direccin de la velocidad de corte y su normal aparecen las componentes Fc y Nc.Los ngulos que caracterizan cada una de estas dos descomposiciones son (ngulo dedeslizamiento) y (ngulo de rozamiento) respectivamente.

    Figura 17.- Descomposicin de la fuerza resultante de corte R

    Se tienen por tanto las siguientes relaciones geomtricas:

    F R

    N R

    c

    c

    ==

    cos

    sen

    F R

    N R

    s

    s

    = += +

    cos( )

    sen( )

    A partir de estas expresiones puede determinarse

    F Fc s= +coscos( )

    Por otro lado y suponiendo una distribucin de tensiones uniforme sobre el plano dedeslizamiento de valor s, tal y como la representada en la figura 18, se tiene que

    F A b a

    As s s sc s

    c= = =

    sen sen

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    23/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 23/49

    Figura 18.- Distribucin de tensiones en el plano de deslizamiento.

    srecibe el nombre de tensin dinmica de deslizamiento, siendo una constante propia decada material. Sustituyendo la expresin anterior en la que relaciona Fc y Fs se llega a

    cs

    c AF )cos(cos

    sen

    +

    =

    Esta expresin proporciona el valor de la fuerza de corte en funcin de la tensin dinmica dedeslizamiento, de la seccin de viruta indeformada, del ngulo de deslizamiento y del ngulode rozamiento. De estas cuatro variables, tres de ellas s, y Ac son conocidas, mientras que es desconocido. Por tanto se requiere una ecuacin ms que relacione el ngulo derozamiento con las otras variables conocidas. Esta ecuacin se obtiene a partir de la llamada"hiptesis de Merchant", que establece lo siguiente: "El plano de deslizamiento en un

    proceso de corte ortogonal, se sita de forma tal que la potencia necesaria para la

    deformacin es mnima".

    vAvFWPot cs

    c )cos(

    cos

    sen

    +=== &

    A partir de esta hiptesis se tiene que la potencia ser mnima cuando el denominador seamximo, es decir

    sen cos( )+ = 0

    esta condicin implica que

    + = 2

    que sustituida en la expresin de la fuerza de corte conduce aF A gc s c= 2 cot

    Comparando esta expresin con la propuesta por el mtodo de la presin de corte, puedeobservarse como existe una similitud entre ambas en el sentido de establecer una

    proporcionalidad entre la fuerza de corte (Fc) y la seccin de viruta indeformada (Ac).

    Si se tiene en cuenta que csc AkF = y que

    cos

    sencot=g , la expresin final de la presin

    de corte determinada por el mtodo de corte ortogonal queda como

    cossen2 = ssk

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    24/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 24/49

    TORNEADO

    Con el nombre genrico de torneado se conoce al conjunto de operaciones de mecanizadoque pueden efectuarse en la mquina-herramienta denominada torno.

    El torno fundamentalmente permite obtener piezas de revolucin, aunque tambin es posiblela obtencin de superficies planas mediante ciertas operaciones. El movimiento principal en eltorneado es de rotacin y lo lleva la pieza, mientras que los movimientos de avance y

    penetracin son generalmente rectilneos y los lleva la herramienta. El eje de rotacin de lapieza se designa como eje Z. El eje X se define paralelo a la bancada y perpendicular a Z,mientras que el eje Y, de escasa utilizacin en torneado, se define de forma tal que constituyeun triedro rectngulo orientado a derechas con los ejes X y Z. En algunas mquinas yoperaciones, el movimiento de avance puede no seguir una trayectoria rectilnea. Este es porejemplo un caso tpico de operaciones efectuadas en tornos de control numrico que permitenel control simultneo de los ejes Z y X.

    El trabajo en el torno, excepto cuando se emplean mquinas-herramienta de control numrico,requiere por lo general de una gran destreza por parte del operario que maneja la mquina, yde hecho la profesin de tornero es una de las ms comunes y cotizadas en el campo de laformacin profesional mecnica. Existen numerosos detalles operativos relacionados con lasoperaciones de torneado que no sern descritos. Ello es debido a que este documento no

    pretende sino proporcionar una ligera descripcin de las operaciones ms comunes y de sucampo de aplicacin, sin entrar en ese tipo de detalles, pudiendo encontrarse informacinacerca de stos en la numerosa bibliografa de taller existente.

    Aunque existen diversos tipos de tornos que incorporan ciertas particularidades, un tornopuede ser esquematizado de la siguiente forma.

    Figura 19.- Esquema de un torno paralelo.

    El motor de accionamiento, situado en la parte inferior de la estructura, suministra lapotencia requerida para el mecanizado. Dependiendo del tamao y de las aplicaciones a lasque se destine, el valor de la potencia puede oscilar desde 1 kW en las mquinas ms

    pequeas hasta 90 kW o incluso valores superiores en mquinas de mayor tamao.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    25/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 25/49

    Del motor de accionamiento parte la cadena cinemtica de transmisin (correas, engranajes,cajas de cambio, sistema hidrulico, etc.) que permite la transmisin de la potencia a los

    puntos en los que sta se requiere.

    El mayor consumo de potencia es requerido en el movimiento principal de rotacin de la

    pieza. Esta rotacin se realiza alrededor del eje principal o husillo de la mquina. Otrorequerimiento de potencia, aunque de cuanta muy reducida en relacin al anterior, procededel carro o mesa portaherramientasy es necesario para que la herramienta pueda realizarlos desplazamientos de avance y de penetracin.

    Coaxial con el husillo se encuentra el cabezal fijode la mquina, que normalmente incorporael plato de garras como elemento estndar de sujecin. En el extremo opuesto se encuentra elcabezal mvil o contrapunto que se utiliza como elemento auxiliar de sujecin en piezaslargas y como soporte de herramientas en ciertas operaciones.

    Todos estos elementos son solidarios a una bancadaque permite la fijacin de la mquina-herramienta al suelo y proporciona rigidez estructural a cada uno de ellos.

    Figura 20.- Operaciones de torneado

    Las operaciones ms frecuentes a realizar en un torno, esquematizadas en la figura 20, son lassiguientes:

    Cilindrado (a). Permite la obtencin de una geometra cilndrica de revolucin. Puedeaplicarse tanto a exteriores como a interiores.

    Refrentado (b). Permite la obtencin de superficies planas perpendiculares al eje derotacin de la mquina.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    26/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 26/49

    Roscado (c). Permite la obtencin de roscas, tornillos en el caso de roscado exterior ytuercas en el caso de roscado interior.

    Cajeado o Ranurado(d). Permite la obtencin de cajas o ranuras de revolucin.

    Tronzado(d). Permite cortar o tronzar la pieza perpendicularmente al eje de rotacin de lapieza.

    Taladrado (e). Permite la obtencin de taladros coaxiales con el eje de rotacin de lapieza.

    Moleteado(f). Permite el marcado de la superficie cilndrica de la pieza a fin de facilitar larotacin manual de la misma.

    De todas estas operaciones, las dos primeras, cilindrado y refrentado, son las ms importantes

    y las que aparecen con mayor frecuencia. A continuacin se describen los parmetros yvariables de corte asociados a cada una de las operaciones mencionadas.

    Cilindrado

    Tanto en su variante de exteriores como en la de interiores, la situacin ms frecuente en laoperacin de cilindrado es la de modificar (reducir en exteriores e incrementar en interiores) eldimetro de una pieza. El movimiento de avance de la herramienta es paralelo al eje Z.

    En la figura 21, que representa una seccin normal a la velocidad de corte (v) en unaoperacin de cilindrado exterior, pueden apreciarse el avance (f), la profundidad de pasada

    (ap), el ancho de corte (b), el espesor de viruta indeformada (ac), la seccin de virutaindeformada (Ac), el ngulo de posicin (kr), la velocidad de corte (v), la velocidad de avance(vf), la velocidad de rotacin (N), el dimetro inicial (Di) y el dimetro final (Df).

    Figura 21.- Esquema de una operacin de cilindrado exterior

    Algunas expresiones que relacionan estos parmetros son:Seccin de viruta: Ac= b ac= f ap

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    27/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 27/49

    Volumen de material eliminado por unidad de tiempo: & = Ac v = f ap v

    Velocidad de corte: v D=

    1000

    donde D est expresado en mm, N en rpm y v en m/min. Obsrvese que la velocidad de cortees variable entre los valores de los dimetros inicial y final. Por lo general, la diferencia entreestos dos dimetros suele ser pequea en relacin al valor de cualquiera de ambos, por lo queresulta prctica habitual considerar el dimetro inicial para calcular el valor de la velocidad decorte que se admite constante durante la operacin.

    Velocidad de avance: v fNf = donde f est expresado en mm/rev, N en rpm y vf en mm/min.

    Fuerza de corte(paralela a la direccin de la velocidad v): Fc= ksAc

    Potencia requerida en el proceso: Pot = &W= Fcv = ks &

    Tiempo de mecanizado: Puede calcularse mediante la expresin

    t l

    v

    l l a k l

    fNm

    m

    f

    e p r s= =+ + +cot

    donde lmrepresenta la longitud de mecanizado y vfla velocidad de avance. El valor de lmseobtiene como suma de la propia longitud a cilindrar (l) ms unas longitudes de entrada ysalida de la herramienta(ley ls) ms la longitud necesaria para poder realizar el movimiento de

    penetracin (ap cotg kr).

    Refrentado

    La operacin de refrentado permite la obtencin de una superficie plana perpendicular al ejede rotacin de la pieza. El movimiento de avance es, por tanto, transversal, es decir,

    perpendicular al eje Z y paralelo al eje X.

    A diferencia del cilindrado, el refrentado, en el supuesto de realizarse a velocidad de rotacinconstante, no presenta una velocidad de corte constante, siendo sta mayor a medida que laherramienta se aleja del eje de rotacin. Por esta misma razn, en el refrentado tampoco esconstante la potencia de corte, alcanzndose el valor mximo de sta en el punto de contacto

    pieza-herramienta ms alejado del eje de rotacin. La figura 22 esquematiza un proceso derefrentado, en el que estn representados el avance (f), la profundidad de pasada (ap), el anchode corte (b), el espesor de viruta indeformada (ac), la seccin de viruta indeformada (Ac), elngulo de posicin (kr), la velocidad de corte (v), la velocidad de avance (vf), la velocidad derotacin (N), el dimetro interior (Dint) y el dimetro exterior (Dext).

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    28/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 28/49

    Figura 22.- Esquema de una operacin de refrentado.

    Algunas expresiones que relacionan estos parmetros son:

    Seccin de viruta: Ac= b ac= f ap

    Volumen de material eliminado por unidad de tiempo: & = Ac v = f ap v (no constante)

    Velocidad de corte: v ND= 1000

    donde D est expresado en mm, N en rpm y v en m/min.

    Obsrvese como en esta operacin, a diferencia del cilindrado, la velocidad de corte no esconstante.

    Velocidad de avance: v fNf = , donde f est expresado en mm/rev, N en rpm y vf enmm/min.

    Fuerza de corte(paralela a la direccin de la velocidad v): Fc= ksAc

    Potencia requerida en el proceso: Pot = &W= Fcv = ks & (no constante)

    Tiempo de mecanizado: Puede calcularse mediante la expresin

    fN

    lgkaDD

    l

    v

    lt

    srp

    fi

    e

    f

    mm

    ++

    +==

    cot2

    donde lmrepresenta la longitud de mecanizado y vfla velocidad de avance. El valor de lmseobtiene como suma de la longitud a refrentar en la pieza, ms unas longitudes de entrada ysalida de la herramienta(ley ls), ms la longitud necesaria para poder realizar el movimientode penetracin (a

    pcotg k

    r).

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    29/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 29/49

    Roscado

    La operacin de roscado, tanto en interiores como exteriores, no es ms que un caso particularde la operacin de cilindrado en lo referente a su cinemtica, variando respecto a aqulla lascondiciones de corte y la geometra de la herramienta.

    Figura 23.- Esquema de un proceso de roscado exterior.

    La figura 23 esquematiza un proceso de roscado. Tal y como puede apreciarse, el avance de laherramienta se hace coincidir con el paso de la rosca. El nmero de pasadas a realizar, sueleser elevado si se compara con una operacin de cilindrado equivalente, debido a la limitacindel espesor de viruta indeformada en cada una de las pasadas, a fin de obtener una geometraaceptable en la rosca.

    Cajeado o Ranurado

    El cajeado puede considerarse como una variante del refrentado, aunque se realiza con unaherramienta especial, unas condiciones de corte diferentes y en una posicin de la generatrizque no est situada en el extremo de la pieza tal y como sucede en el refrentado. La figura 24recoge un esquema de la operacin de cajeado. La geometra ms habitual del cajeado sueleser rectangular (situacin mostrada en la figura), aunque mediante el empleo de herramientascon otras geometras pueden obtenerse cajas de diferentes formas.

    Figura 24.- Esquema de un proceso de cajeado.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    30/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 30/49

    Un caso particular de la operacin de cajeado lo constituye el tronzado, que consiste enprolongar la profundidad de la caja hasta alcanzar el eje de rotacin de la pieza, con elconsiguiente corte de la pieza. El tronzado se emplea normalmente como operacin final en eltorneado de piezas en una sola fijacin. Esta situacin se da con frecuencia en operacionessemiautomatizadas en las cuales la alimentacin del torno se realiza con una barra que

    sobresale por la parte exterior del cabezal fijo y que va siendo empujada una cierta distanciaantes de iniciar el proceso de cada pieza.

    Taladrado

    Aunque no se trata de una operacin especfica del torno, y de hecho existen mquinas-herramienta especficas para taladrar, el torno permite la realizacin de taladros coaxiales aleje de rotacin de la pieza. Para ello se sita una broca en el extremo del contrapunto y sedesplaza ste con el movimiento de avance hasta conseguir el taladro. En el caso de tornos decontrol numrico, la broca suele situarse en la torreta portaherramientas en lugar de en elcontrapunto, siendo su trabajo como la de cualquier otra herramienta de interiores Unaoperacin muy habitual en el torno, caso particular del taladrado, es la denominada operacinde punteado. Consiste en dar un pequeo taladro cnico en el extremo de la pieza ms alejadodel plato de garras y permite utilizar este taladro como elemento de centraje en la sujecinentre puntos. Existen tornos, normalmente de control numrico, en los que la torreta disponede un cabezal motorizado que permite la realizacin de taladros paralelos al eje del cabezal.

    La cinemtica del taladrado ser estudiada dentro del grupo de operaciones a realizar en lataladradora.

    Moleteado

    El moleteado no es una operacin de mecanizado propiamente dicha, puesto que no eliminamaterial de la preforma. Se utiliza para marcar con una geometra estriada alguna de lassuperficies de revolucin de la pieza, a fin de facilitar su amarre manual, impidiendo que staresbale en el contacto con la mano por efecto del sudor o la grasa depositada sobre lasuperficie. La figura 25 esquematiza un proceso de moleteado.

    Figura 25.- Esquema de un proceso de moleteado.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    31/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 31/49

    LIMADO, CEPILLADO, MORTAJADO

    Con el nombre limado, cepillado y mortajado, se conoce al conjunto de operaciones demecanizado que pueden realizarse en las mquinas-herramienta denominadas limadora,

    cepillo y mortajadora respectivamente. Todas ellas, pese a ser efectuadas en diferentesmquinas-herramienta, se caracterizan porque el movimiento principal es de traslacin y laherramienta empleada es monofilo, obtenindose por lo general superficies planas y ranuras

    paralelas a la direccin de dicho movimiento principal.

    En el limado y en el cepillado el movimiento principal se realiza en un plano horizontal,mientras que en el mortajado dicho plano es vertical. El siguiente cuadro resume losmovimientos de corte en cada uno de los tres tipos de mquinas mencionados.

    M-H M. Principal M.Avance M. Penetracin

    Limadora Herramienta Pieza HerramientaCepillo Pieza Herramienta HerramientaMortajadora Herramienta Pieza Pieza

    El movimiento de penetracin, al tratarse de un movimiento previo al de eliminacin dematerial, se obtiene de forma aproximada para la primera pasada mediante el posicionamientorelativo entre pieza y herramienta. Sin embargo, una vez realizada la fijacin inicial de pieza yherramienta, los sucesivos movimientos de penetracin, necesarios en el caso de varias

    pasadas, se obtienen mediante el desplazamiento del elemento que figura recogido en la tabla.

    Los acabados superficiales y las tolerancias dimensionales obtenidos mediante este tipo deprocedimientos, no son excesivamente buenos, de ah que su uso ms habitual sea el deoperaciones de desbaste. Comparativamente con otros procesos de mecanizado tales comotorneado o fresado, este grupo de procesos suele emplearse en un nmero mucho menor detrabajos. Se describe a continuacin algunas de las caractersticas ms sobresalientes de lastres mquinas-herramienta consideradas.

    Limadora

    Una limadora puede ser esquematizada de la siguiente forma.

    Figura 26.- Esquema de limadora.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    32/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 32/49

    El motor de accionamiento suministra la potencia requerida para el mecanizado, que serealiza gracias al movimiento alternativo del elemento superior de la mquina o carnero. Losvalores de potencia oscilan entre 1 kW y 8 kW segn las dimensiones de la mquina-herramienta. El movimiento alternativo de traslacin se consigue mediante un mecanismo decolisa, esquematizado en la figura 27.

    Figura 27.- Accionamiento de colisa y distribucin de velocidades.

    Este mecanismo conecta el motor de accionamiento a una rueda o volante que gira con unavelocidad angular constante . A su vez esta rueda, mediante un saliente dispuesto al efecto, yregulable en distancia al eje de rotacin de la rueda, obliga el movimiento en vaivn de unahorquilla cerrada que tiene su extremo inferior anclado a un punto fijo, contenido en el mimo

    plano vertical que contiene el eje de rotacin de la rueda. La horquilla va unida en su extremosuperior a un elemento mvil en forma de U, que se desplaza, obligado por una gua, segnuna direccin contenida en un plano horizontal. Este elemento es solidario al carnero y le

    proporciona su movimiento de traslacin en avance y retroceso.

    El perfil de velocidades del elemento mvil y del carnero, se encuentra esquematizado en lafigura 27. A partir de l puede observarse que la velocidad de corte v, no es constante, ya quecomienza con valores iniciales nulos en los extremos de los recorridos del carnero, hastaalcanzar los valores mximos (diferentes en valor absoluto para cada recorrido) durante losrecorridos de avance (+v) y retroceso(-v). El valor mximo de la velocidad en el retroceso, esmayor que el valor mximo de la velocidad durante el avance. Asimismo el tiempo empleadoen el retroceso es menor que el empleado durante el avance.

    La herramienta, que es de tipo monofilo, y similar a la empleada en operaciones de torneado,se encuentra sujeta en el extremo delantero del carnero, pudiendo ser regulada su posicin enaltura a fin de poder efectuar el movimiento de penetracin. La limadora cuenta con una mesa,

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    33/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 33/49

    tambin regulable en altura, aunque no de forma precisa, sobre la que se sujeta la pieza. Estamesa va dotada con un mecanismo de trinquete que posibilita el movimiento de avance.

    La operacin ms habitual realizada en la limadora es la de planificado en desbaste desuperficies planas. Para ello la herramienta recorre en sucesivas carreras de ida y vuelta de

    longitud L, toda la superficie de la pieza a mecanizar de anchura B, tal y como se esquematizaen la figura 28.

    Figura 28.- Esquema de proceso de limado.

    En el limado, los parmetros y variables de corte, as como las expresiones que los relacionan,

    son anlogos a los definidos para las operaciones de torneado, con la salvedad de que lavelocidad de corte es de traslacin. En la figura 29 quedan representados el ancho de corte (b),el espesor de viruta indeformada (ac), la profundidad de pasada (ap), el avance (f), la seccinde viruta indeformada (Ac), el ngulo de posicin (kr), la velocidad de corte (v), la direccinde la velocidad de avance (vf), y el ancho de la pieza (B).

    Figura 29.- Esquema de una operacin de limado.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    34/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 34/49

    Algunas expresiones que relacionan entre estos parmetros son:

    Seccin de viruta: Ac= b ac= f ap

    Velocidad de corte: En este caso, y debido al mecanismo de accionamiento, la velocidad decorte no es constante. En la prctica suele tomarse un valor medio para dicha velocidad encada una de las dos carreras, avance y retroceso, considerndose constante a lo largo de lasmismas. En la figura 30 se representan dichos valores medios como vay vr.

    Figura 30.- Distribucin de velocidades real (a) y aproximada (b).

    Velocidad de avance: En este caso no es una velocidad continua ya que se produceintermitentemente entre cada carrera de ida y vuelta. No puede por tanto hablarse de unavelocidad de avance propiamente dicha, aunque s tiene sentido hablar de la direccin de lavelocidad de avance.

    Volumen de material eliminado por unidad de tiempo: & =Ac

    v = f ap

    v

    Fuerza de corte(paralela a la direccin de la velocidad v): Fc= ksAc

    Potencia requerida en el proceso: Pot = &W= Fcv = ks &

    Tiempo de mecanizado: Puede calcularse mediante la expresin

    f

    B

    v

    L

    v

    Lt

    ra

    m

    +=

    donde L representa la longitud de carrera, vay vrson los valores medios de las velocidades de

    corte en el avance y el retroceso respectivamente, B es el ancho de la pieza y f es el avance.

    Cepillo

    Aunque con un aspecto muy diferente al de la limadora en cuanto a M-H se refiere, el cepillorealiza las mismas operaciones que las efectuadas en aqulla, con la salvedad de un mayortamao admisible en las piezas a cepillar y un desplazamiento alternativo de la pieza en vezde la herramienta. Un cepillo consta de una base sobre la que apoya una mesa que se desplazaalternativamente. Ambas atraviesan un prtico que sirve de soporte para un eje roscado sobreel que se desplaza la mesa portaherramientas con el movimiento de avance. La figura 31esquematiza un cepillo.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    35/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 35/49

    Figura 31.- Esquema de un cepillo.

    El accionamiento de velocidades se realiza mediante una transmisin por engranajes, de ahque ambas velocidades, en la carrera de avance y en la de retroceso, puedan ser consideradasconstantes durante el proceso de cepillado.

    Los parmetros y variables de corte asociadas al cepillado, as como las relacionesmatemticas establecidas entre ellos son los mismos que los ya definidos en el caso dellimado.

    Mortajadora

    Todo lo indicado para la limadora resulta igualmente aplicable a la mortajadora, excepto queel plano en el que se produce el movimiento principal de corte es vertical. La figura 32esquematiza una mortajadora.

    Figura 32.- Esquema de una mortajadora.

    La disposicin de la herramienta en la mortajadora, facilita el mecanizado de ranuras tantoexteriores como interiores.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    36/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 36/49

    BROCHADO

    El trmino brochadorene el conjunto de operaciones efectuadas en la mquina-herramienta

    denominada brochadora. Se trata de una mquina-herramienta con movimiento principal detraslacin que, a diferencia de las otras mquinas-herramienta descritas, emplea unaherramienta multifilo denominada brocha.

    La figura 33 esquematiza una brocha de interiores. Tal y como puede apreciarse, la brochapresenta una serie de filos de seccin creciente, cuya geometra es semejante a la de la formafinal que se desea obtener. El brochado de interiores requiere, en primer lugar, de un taladrado

    previo en la pieza que permita al extremo inicial cilndrico de la herramienta atravesar la piezaasomando por el extremo opuesto. Este extremo se sujeta al sistema de amarre de la

    brochadora que, mediante un esfuerzo de traccin, obliga al resto de la herramienta a atravesarla pieza. Cada uno de los filos arranca una pequea seccin de viruta, de forma tal que alcompletarse el corte de todos los filos de la brocha, queda en el interior de la pieza lageometra final buscada.

    Figura 33.- Esquema de brocha

    En el brochado de exteriores la operativa es similar, aunque no tiene porqu ser necesario unmecanizado previo antes del brochado propiamente dicho. La figura 34 recoge algunasgeometras de piezas propias de brochado.

    Figura 34.- Piezas brochadas en interiores

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    37/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 37/49

    La velocidad de corte del brochado es, por lo general, menor que la de los restantes procesosde mecanizado descritos, y depende del diseo de la brocha adems del material que estsiendo mecanizado. Es importante resaltar el hecho de que cada brocha puede ser empleadanica y exclusivamente en la operacin para la cual ha sido diseada. Siendo una herramientacostosa de fabricar su uso se restringe para series largas o para operaciones en las que la

    geometra final no puede obtenerse mediante otros tipos de mecanizado convencional.

    La figura 35 esquematiza una brochadora vertical de interiores. Existen tambin brochadorashorizontales aunque no son las ms frecuentes por cuestiones de espacio.

    Figura 35.- Esquema de brochadora vertical de interiores.

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    38/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 38/49

    TALADRADO

    Con el nombre genrico de taladrado se conoce al conjunto de operaciones de mecanizadoque pueden efectuarse en la mquina-herramienta denominada taladradora, aunque existen

    otras mquinas-herramienta tales como la fresadora, la mandrinadora el torno, en las quetambin se realizan operaciones anlogas.

    El taladrado permite realizar taladros u orificios en la pieza, paralelos al eje de rotacin de laherramienta. Desde el punto de vista funcional, tan importante resulta la dimensin del taladroobtenido, como la posicin relativa entre taladros en el caso de un taladrado mltiple.

    El movimiento principal en el taladrado es de rotacin, y lo lleva la herramienta. Losmovimientos de avance y penetracin son rectilneos y coincidentes, y tambin los lleva laherramienta.

    Aunque existen diversos tipos de taladradoras que incorporan ciertas particularidades, unataladradora puede ser esquematizada de la siguiente forma.

    Figura 36.- Esquema de taladradora.

    El motor de accionamientosuministra la potencia requerida para el mecanizado, cuyo valorpuede oscilar desde 1 kW en las mquinas ms pequeas hasta 10 kW o incluso valoressuperiores en mquinas de mayor tamao.

    Del motor de accionamiento parte la cadena cinemtica de transmisin (correas, engranajes,ruedas de friccin, etc.) que permite la transmisin de la potencia al movimiento principal derotacin de la herramienta. Esta rotacin se realiza alrededor del eje principal o husillode la

    mquina, que es vertical. La taladradora permite un desplazamiento manual y paralelo a dichohusillo, necesario para que la herramienta pueda realizar los desplazamientos de avance y de

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    39/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 39/49

    penetracin. La sujecin de la herramienta suele realizarse mediante un portabrocas, con unsistema de funcionamiento similar al plato de garras empleado en el torno, o biendirectamente al husillomediante conos ISO o Morse..

    En el extremo opuesto al portabrocas, se encuentra la mesa de apoyo donde se sujeta la pieza

    que va ser taladrada. La posicin de la mesa puede ser regulada en altura como una operacinprevia al taladrado propiamente dicho, permitindose de esta forma el trabajo con diferentestamaos de pieza.

    Todos estos elementos son solidarios a una bancadaque permite la fijacin de la mquina-herramienta al suelo y proporciona rigidez estructural a cada uno de ellos.

    Operaciones de taladrado

    Tal y como se ha indicado, la operacin ms frecuente en la taladradora es la realizacin detaladros en la pieza paralelos al eje de rotacin de la herramienta. Esta operacin presentadiversas variantes, que dependen de la funcionalidad requerida al taladro. Se describen acontinuacin las operaciones de taladrado ms comunes.

    Taladrado con broca:Permite la obtencin de un taladro (pasante ciego) paralelo al ejede rotacin de la pieza. Las tolerancias dimensionales obtenidas mediante esta operacinno son muy buenas, por lo que slamente resulta aplicable en ciertas situaciones o biencomo operacin previa a otras operaciones de acabado. Cuando las dimensiones del taladrolo aconsejan, es prctica habitual emplear una secuencia de brocas de dimetros crecienteshasta alcanzar la dimensin final requerida.

    Avellanado. Permite la variacin de la forma en la parte inicial de los taladros. Las formasms comunes son la cnica y la cilndrica tal y como se representa en la figura 37. Estostaladros se emplean normalmente para embutir las cabezas de los tornillos en el interior delas piezas, de forma tal que no sobresalgan en la superficie de la pieza. Su realizacintambin se efecta para facilitar el acoplamiento de piezas macho o para la eliminacin derebabas.

    Figura 37.- Esquema de procesos de avellanado.

    Escariado. Permite la obtencin de tolerancias dimensionales estrechas en taladros dedimetros reducidos (hasta 20 mm de dimetro aproximadamente). El escariado requiere

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    40/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 40/49

    una operacin previa de taladrado con broca a una dimensin de taladro ligeramenteinferior del nominal, para posteriormente, mediante la accin de la herramienta oescariador, repasar la geometra del taladro hasta dejarlo dentro de tolerancias.

    Figura 38.- Esquema de un proceso de escariado y de mandrinado.

    Mandrinado. De forma anloga al escariado, permite la obtencin de toleranciasdimensionales estrechas en taladros de dimetros de dimensiones por encima de los 20 mmen dimetro. El mandrinado requiere igualmente una operacin previa de taladrado delagujero a un dimetro de taladro ligeramente inferior al del nominal, para posteriormenterepasar la geometra del taladro hasta dejarlo dentro de tolerancias. Tambin se utiliza para

    la realizacin de taladros de grandes dimensiones.Roscado con macho. Se trata de una operacin que permite roscar taladros cuyo eje sea

    paralelo al husillo de la mquina-herramienta. La operacin requiere de un taladrado previocon broca de un dimetro ligeramente inferior al del taladro roscado. Posteriormente estetaladro es repasado con un macho de roscar, que elimina el material sobrante hastaconseguir la geometra final de la rosca. El macho de roscar tiene una geometra semejantea la del tornillo que se emplear en la unin roscada. Esta operacin resulta delicada, enespecial en dimetros menores de 5 mm, por lo que suele ser prctica habitual en estoscasos su realizacin manual. Cuando se trabaja manualmente se emplean varios machos degeometras semejantes, normalmente tres, que van configurando en sus respectivas pasadas

    la geometra final de la rosca.

    Todas estas operaciones, pueden ser realizadas de manera anloga en la fresadora vertical, queser descrita ms adelante. A continuacin se describen los parmetros y variables de corteasociados a la operacin de taladrado con broca.

    Taladrado con broca

    La geometra ms comn de la operacin de taladrado con broca es la recogida en la figura 39.A diferencia de otras operaciones de mecanizado descritas anteriormente, en las que se

    empleaban herramientas monofilo, la herramienta empleada en el taladrado (broca), es unaherramienta multifilo. Sin embargo, se da la circunstancia de que todos los filos de la

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    41/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 41/49

    herramienta trabajan simultneamente, pudiendo analizarse el comportamiento de un nicofilo y extrapolar los resultados obtenidos a todos los que integran la herramienta.

    De esta forma, llamando nfal nmero de filos de la herramienta y fal avance por vuelta de la

    herramienta, puede definirse el avance por filo fzcomo el cociente f

    f

    nz f= El avance por filo representa la distancia que avanza un filo de la herramienta en la direccin

    perpendicular a la superficie de la pieza a lo largo de una vuelta o revolucin de laherramienta. Sus unidades son, por tanto, [mm/rev/filo].

    Figura 39.- Esquema de una operacin de taladrado

    En la figura 39 quedan representados, para un filo, el avance por filo (fz), el ancho de corte

    (b), el espesor de viruta indeformada (ac), la seccin de viruta indeformada (Ac), el ngulo deposicin (kr), la velocidad de corte (v), la velocidad de avance (vf), la velocidad de rotacin(N), y el dimetro del taladro (D).

    Algunas expresiones que relacionan estos parmetros son:Seccin de viruta:

    Ac = = =ba n f D

    n fD

    c f z f 2 2

    Velocidad de corte:v Nd=

    1000(para un dimetro d comprendido entre 0 y D).

    donde d est expresado en mm, N en r.p.m. y v en m/min. Obsrvese que esta velocidad no esconstante puesto que depende de la distancia del punto considerado hasta el eje de rotacin dela herramienta.

    Velocidad de avance: v fNf = donde f est expresado en mm/rev, N en r.p.m. y vf en mm/min.

    Volumen de material eliminado por unidad de tiempo:

    &z Area vD

    f Nf= = 2

    4

    Fuerza de corte(paralela a la direccin de la velocidad v): Fc= ksAc

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    42/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 42/49

    Potencia requerida en el proceso: Pot = &W= Fcv = ks &

    Tiempo de mecanizado: Puede calcularse mediante la expresin

    t

    l

    v

    l l D

    gk l

    fNmm

    f

    e r s

    = =

    + + +2

    cot

    donde lmrepresenta la longitud de mecanizado y vfla velocidad de avance. El valor de lmseobtiene como suma de la propia longitud a taladrar (l), ms unas longitudes de entrada y salidade la herramienta (le y ls), ms la longitud de la punta de la herramienta (D/2cotg kr).

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    43/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 43/49

    FRESADO

    Con el nombre genrico de fresadose conoce al conjunto de operaciones de mecanizado quepueden efectuarse en la mquina-herramienta denominada fresadora. El fresado permite

    mecanizar superficies planas, ranuras, engranajes e incluso superficies curvas o alabeadas.Constituye, junto con el torneado, el grupo de operaciones mayoritariamente empleadas en elmecanizado.

    El movimiento principal en el fresado es de rotacin, y lo lleva la herramienta o fresa. Losmovimientos de avance y penetracin son generalmente rectilneos, pudiendo llevarlos laherramienta o la pieza segn el tipo de mquina-herramienta y la operacin realizada.

    Aunque existen diversos tipos de fresadoras que incorporan ciertas particularidades, unafresadora puede ser esquematizada como uno de los dos tipos mostrados en la figura 40.

    Figura 40.- Esquema de fresadora horizontal (a), y vertical (b).

    El motor de accionamientosuministra la potencia requerida para el mecanizado, cuyo valorpuede oscilar desde 1 kW en las mquinas ms pequeas hasta 10 kW o incluso valoressuperiores en mquinas de mayor tamao.

    Del motor de accionamiento parte la cadena cinemtica de transmisin (correas, engranajes,ruedas de friccin, etc.) que permite la transmisin de la potencia al cabezalde la mquina-herramienta donde se genera el movimiento principal de rotacin de la herramienta. Estarotacin se realiza alrededor del eje principal o husillode la mquina, designado como eje Z.El eje X es horizontal y por tanto paralelo a la superficie de apoyo de la pieza, y el eje Y es

    perpendicular a los otros dos formando un triedro a derechas. La fresadora permite undesplazamiento relativo entre pieza y herramienta, paralelo al husillo, adems de losdesplazamientos contenidos en un plano perpendicular a dicho husillo. La sujecin de laherramienta a la mquina suele realizarse mediante un eje portafresas. Este eje posee unextremo cnico (cono ISO, cono Morse) que se acopla al husillo de la fresadora, y al que seunen las fresas empleando para ello medios de fijacin estandarizados (pinzas, chavetas, etc.).

  • 5/19/2018 pdf-crack.jsf.pdf

    44/49

    SISTEMAS DE PRODUCCIN MECANIZADO

    Departamento de Materiales y Produccin Aeroespacial. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros Aeronuticos-UPM 44/49

    En el extremo opuesto al cono del eje portafresas en fresadoras verticales, o en un planoparalelo a dicho eje, en el caso de fresadoras horizontales, se encuentra la mesa de apoyodonde se sujeta la pieza que va ser fresada. Esta mesa suele llevar incorporada la posibilidadde desplazamiento en un plano horizontal segn la direccin de los ejes X y Z en lasfresadoras horizontales y X e Y en las fresadoras verticales. El desplazamiento segn la

    direccin del eje restante puede incorporarlo la propia mesa o bien el cabezal, dependiendo dela solucin mecnica adoptada por el fabricante.

    Todos estos elementos son solidarios a una bancadaque permite la fijacin de la mquina-herramienta al suelo y proporciona rigidez estructural a cada uno de ellos.

    Dadas las caractersticas de la fresadora, esta mquina-herramienta incorpora la posibilidad derealizacin de las operaciones descritas en el taladrado. Cuando la herramienta empleada esuna fresa, puede realizar otras operaciones cuyas caractersticas principales son las siguientes:

    La herramienta empleada (fresa) es multifilo.Cada filo trabaja intermitentemente.La seccin de viruta es variable.La fuerza de corte y la potencia no son constantes.

    Las dos primeras caractersticas establecen una forma de trabajo de los filos de corte biendiferenciada frente a otros procesos de mecanizado descritos anteriormente. No obstante, y demanera anloga a como se realiz en el taladrado, llamando nfal nmero de filos o dientes dela herramienta y fal avance por vuelta de la herramienta, puede definirse el avance por filo fzcomo el cociente

    f

    f

    nz f=

    El avance por filo representa la distancia que avanza la herramienta en la direccin de lavelocidad de avance, en el tiempo durante el cual un filo arranca material. Sus unidades son,

    por tanto, [mm/rev/filo].

    Tal y como se ha indicado, existen diversas operaciones que pueden ser efectuadas en lafresadora. De todas ellas, la operacin ms frecuente en la fresadora es la obtencin desuperficies planas en la pieza paralelas o perpendiculares al eje de rotacin de la herramienta.Cuando la superficie plana obtenida es paralela al eje de rotacin de la herramienta, el fresado

    se denomina fresado cilndrico, perifrico o tangencial. En el caso de una obtenerse unasuperficie perpendicular, el fresado se denomina fresado frontal.

    Se describen a continuacin las caractersticas principales de ambos tipos de fresado.

    Fresado cilndrico

    Tambin denominado fresado perifrico o tangencial, el fresado cilndrico suele efectuarse enfresadoras horizontales. La geometra ms comn de la operacin de fresado cilndrico es larecogida en la figura