CONFORMACIÓN POR ARRANQUE DE MATERIAL

1. CONFORMACIÓN POR ARRANQUE DE MATERIAL

2. GENERALIDADES • Conformación por arranque de material significa quitar el material sobrante en forma de virutas y así obtener la pieza deseada conforme al plano. • El corte del material sobrante se realiza con las llamadas máquinas-herramienta en la operación denominada mecanizado

3. 2.PARÁMETROS FUNDAMENTALES DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE

4. 2.1 Ángulos de corte • Partes de la cuchilla: • La cuchilla es la herramienta de corte más sencilla y de la que derivan las demás herramientas de corte. Consta de las siguientes partes: • * Filo: Arista que corta. • *Superficie de ataque: Cara de la cuchilla por la que se desliza el material desprendido. • * Superficie de incidencia: Cara de la cuña que se sitúa en la zona trabajada de la pieza.

5. Ángulo de incidencia: • Define la posición de la cuchilla respecto al material. Su misión es disminuir el rozamiento entre la cuchilla y el material. Por lo general es mejor que el ángulo se pase de pequeño a que sea demasiado grande, ya que si es muy grande aumenta el rozamiento entre la cuchilla y el material desgastando a esta. • Cuanto más duro es un material menor ha de ser el ángulo de incidencia, así la herramienta resiste más la fuerza de corte.

6. Ángulo de ataque: • Es el formado por la cuchilla con la normal de la superficie de la pieza. Si este es muy pequeño se consume mucha energía y se calienta excesivamente, pero si es muy grande, el filo se debilita pero deja un buen acabado.

7. Ángulo de filo: • Formado por las superficies de ataque y de incidencia de la cuchilla. Suele ser de 50 a 60 grados. • Ángulo de corte: • Suma del ángulo de incidencia y de filo.

8. 2.2.Fuerza de corte • Es la fuerza que se le aplica a la cuchilla para para vencer la resistencia de rotura que ofrece el material en este proceso. Existen tres tipos de movimientos que se pueden comprender con el ejemplo de un torno en una operación de cilindrado. Estos son los siguientes: • Movimiento de corte: • La cuchilla ejerce una fuerza hacia el movimiento de rotación de la pieza. Como indica el tercer principio de la Dinámica, la pieza reacciona con una fuerza de igual módulo y dirección. • Movimiento de avance: • Desplazamiento longitudinal de la pieza. Esta ejerce una fuerza de oposición ala avance en la misma dirección y con sentido opuesto. • Movimiento de penetración: • Se debe al desplazamiento radial de la herramienta. Aquí interviene la fuerza de resistencia a la penetración y es perpendicular a las dos anteriores en la dirección de la penetración. La fuerza de corte es mayor y de sentido opuesto a las otras tres. La fuerza en la dirección tangencial es mucho mayor a la fuerza de penetración y a la de avance y con ella se realizan prácticamente todos los cálculos. Siendo K la fuerza específica de corte y S la sección de viruta cortada. FC = K · S

9. El valor de la fuerza específica (K) depende de ciertos factores: • - Del material cortado: K crece al aumentar la resistencia de tracción del material. - De la sección de viruta cortada: K disminuye al aumentar la sección del material cortado. - De los ángulos de corte de la herramienta: Cuanto menor sea el ángulo de ataque mayor será la fuerza de corte necesaria.

10. 2.3 Velocidad de corte • Es la rapidez con la que se corta la viruta y se mide en metros / segundo. • Si el movimiento de la herramienta es rectilíneo uniforme, se determina con esta fórmula: Donde l es la longitud del corte y t el tiempo del corte. Si el movimiento no es rectilíneo se calcula la velocidad media de la carrera. Si el movimiento es circular la velocidad está determinada por: Donde D es el diámetro medido en mm y f la velocidad de giro en r.p.m. Vc = l/t VC = π · D · f / 100

11. La velocidad de corte esta influida por estos factores: • Material de la pieza: • En general se corta más rápido a materiales blandos que a los duros. • Material de la herramienta: • Debe ser duro, plástico, resistente al desgaste y al recocido. • Sección de viruta: • Cuanto mayor es la velocidad de corte menor es la sección del material. • Refrigeración y lubricación del filo de la herramienta: • Así disminuimos el calor por rozamiento aumentamos la velocidad de corte. • Duración de la herramienta: • Intervalo de tiempo entre dos intervalos consecutivos.

12. 2.4. Potencia de corte • Potencia necesaria para el avance de la cuchilla desprendiendo el material. Se divide según la sección de la cuchilla en: PT = potencia correspondiente a la fuerza tangencial FT. PA = potencia correspondiente a la fuerza de avance FA. PP = potencia correspondiente a la fuerza de avance FP. Sin embargo la potencia es igual al producto de la fuerza por la velocidad, por lo que la fuerza de penetración(FP) al no moverse, es nula. Además podemos despreciar la fuerza de avance(FA ) ya que representa el 5% de PT De esta manera expresando la velocidad en m/min y la fuerza en N determinamos la fórmula de la potencia de corte: Y la fórmula del rendimiento se expresa:

13. 2.5.Tiempos de fabricación. • Es imprescindible calcular el tiempo que se invierte en la fabricación de una pieza y esto se calcula en las oficinas de planificación: • Cálculo de costes más exacto: • Sabiendo el tiempo de fabricación tenemos una base más fiable para saber el coste de la pieza. • Mejora de rendimiento: • Con una correcta organización en los trabajos a realizar obtenemos el máximo aprovechamiento de la maquinaria. Además podemos observar fases defectuosas o innecesarias que se pueden suprimir para mejorar la productividad.

14. CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS HERRAMIENTA.

15. 3.1. Torno. • Permite fabricar piezas de revolución( de sección transversal de forma circular). • En el torno fundamental o cilíndrico diferenciamos cuatro partes: • Bancada: • Parte más robusta que sirve de soporte a las demás piezas. • Cabezal fijo: • Aquí tenemos el eje principal en cuyo extremo van los órganos de sujeción y accionamiento de la pieza. Un motor le transmite movimiento de giro. • Cabezal móvil: • Está en el otro extremo del torno y se desplaza por unas pequeñas vías por todo el torno. • Carro porta útiles: • Es el que lleva la pieza y la transmite un movimiento de avance y penetración. El funcionamiento del torno consiste en hacer girar la pieza sobre su eje a la vez que se corta con un movimiento rectilíneo uniforme. Los movimientos de trabajo son los ya nombrados anteriormente, movimiento de corte, de avance, y de penetración.

16. Operaciones de torneado: • Cilindrado: Consiste en la mecanización de un cilindro recto de longitud y diámetro determinado. La velocidad de avance debe ser pequeña respecto a la de giro para no dejar surcos. • Refrentado: No produce movimiento de avance, Así obtenemos una superficie plana perpendicular al cilindro. • Ranurado: Abrir ranuras en las piezas. • Roscado: Cilindrado con velocidades de avance mucho mayores a las de giro. La pieza marca una hélice que construirá la rosca. • Fuerza de corte y potencia absorbida por el torneado. Tiempo de fabricación: • La fuerza y la potencia y el tiempo necesarios para el torneado vienen dados por: p= paso(mm) a= avance(mm/vuelta) L= longitud(mm) f= velocidad de giro(rpm) FC = K · p · a P = FC · VC/ T = L/a · f

17. 3.2.Taladradora. Máquina que permite perforar piezas por medio de una broca. La broca es una barrena cilíndrica con extremo afilado que corta a la vez que perfora cuando gira. Las ranuras helicoidales sirven para guiar las virutas arrancadas. Para taladrar una pieza primero elegimos la broca adecuada para el taladrado a realizar, para ello contamos con una extensa variedad de brocas, luego situamos el centro de la broca donde queremos hacer el agujero. Los movimientos que se realizan son: movimiento de corte y de penetración.

18. Operaciones de taladrado: Los agujeros pueden ser pasantes si atraviesan la pieza o ciegos si no lo hacen. Además de hacer agujeros también tienen otras aplicaciones: Escariado: Ajusta y afina las dimensiones del agujero y se realiza con un escariador Barrenado: Agranda el agujero previamente perforado. Penetrado: Agranda solo una parte del agujero. Avellanado: Consiste en hacer cajas cónicas en vez de cilíndricas. Sirven para alojar tornillos de cabeza cónica en el interior del material sin que se vean. Recortado: Consiste en una herramienta con un brazo radial con una cuchilla para hacer agujeros de distintos tamaños. Troceado: Utilizando taladros secantes podemos cortar el material. Para ello se marcan los puntos de corte y sobre ellos se taladran hasta que los agujeros sean secantes.

19. 3.2.2. Velocidad de corte, fuerza de corte y potencia absorbida por el taladro. La velocidad de corte es función tanto del material constituyente de la broca como del material que se va a taladrar.

20. 3.2.2. Velocidad de corte, fuerza de corte y potencia absorbida por el taladro. • De la expresión de la velocidad de corte: se obtiene: n= (Vc · 1000)/(π · D) n: velocidad del giro de la broca, en r.p.m.

21. 3.2.2. Velocidad de corte, fuerza de corte y potencia absorbida por el taladro. • En el caso de una taladradora la sección de viruta puede expresarse en función del paso y del avance, de la forma: S= 2 · a/2 · D/2 = a · D/2 Siendo: D: diámetro de la broca en milímetros a: avance; se mide en mm por vuelta.

22. 3.2.2. Velocidad de corte, fuerza de corte y potencia absorbida por el taladro. Entonces la fuerza de corte para el taladro será: Fc= K · S= K · a · D/2 Siendo: K: coeficiente de fuerza específica de corte S: sección de viruta cortada

23. 3.2.2. Velocidad de corte, fuerza de corte y potencia absorbida por el taladro. • Y la potencia valdrá: P= Pc / r = (Fc · Vc)/r = (K · a · D · Vc)/2r Siendo: K= coeficiente fuerza específica de corte a= avance mm por vuelta r= rendimiento

24. 3.2.2. Velocidad de corte, fuerza de corte y potencia absorbida por el taladro. • Y si la pieza está colocada en la herramienta, se puede obtener el tiempo de fabricacion: t= (I + D/3)/(a · n) Siendo: l: longitud del taladro que se desea realizar. D: diámetro de la broca a: avance en mm por vuelta n: velocidad de giro de la broca, en r.p.m.

25. 3.3. Limadora • Las limadoras son unas máquinas-herramientas que se emplean para el desbaste y acabado de superficies planas. • Por medio de un movimiento rectilíneo alternativo, arrancan viruta.

26. 3.3. Limadora • Se compone de: • Bancada. Es la pieza más robusta de la máquina y la que soporta los mecanismos de accionamiento. En ella existen una guías horizontales para que se deslice el carnero, y otras verticales para que se pueda desplazar la mesa. • Carnero. Parte móvil de la máquina y se desliza sobre las guías horizontales situadas en la bancada. En él se encuentra el portaherramientas, donde se fija la herramienta de corte. El carnero es accionado por una palanca oscilante y plato-manivela que transforma el movimiento circular del motor en movimiento rectilíneo. A cada vuelta del plato-manivela corresponde un movimiento de ida(carrera de trabajo) y de vuelta(carrera de retroceso). En la primera carrera se produce el limado de la pieza y mientras está en la carrera de retroceso la pieza se coloca en la siguiente posición que se quiere limar. • Mesa. Sirve para soportar la pieza. Puede moverse verticalmente(para colocar la pieza correctamente), y realizar un movimiento de avance.

27. 3.3. Limadora • Los movimientos de trabajo de la limadora son: • Movimiento de corte, debido al desplazamiento longitudinal de la herramienta. • Movimiento de avance, causado por el desplazamiento transversal de la pieza. • Movimiento de penetración, originado por el desplazamiento vertical de la herramienta.

28. 3.3.1. Velocidad de corte, fuerza de corte y potencia absorbida por la limadora. • La velocidad del carnero no permanece constante. Cabe señalar que esta velocidad es máxima en el centro de la carrera y decrece hacia los extremos del recorrido, donde la velocidad es nula y se invierte el sentido del movimiento. • La fuerza de corte necesaria para el limado vendrá dada por: Fc= K · p · a Siendo: p= paso que se mide en milímetros. a= avance, que se expresa en mm por vuelta. • Y la potencia de la limadora será: P= Pc/r = Fc · Vc/r = (K · p · a · Vc)/r Siendo: r: rendimiento que suele ser del 60 al 80 % K: fuerza específica de corte

29. 3.4. Cepilladora • La cepilladora es una máquina cuya herramienta permanece fija arrancando viruta a la pieza que se mueve debajo de ella con movimiento rectilíneo. • Igual que las limadoras se compone de bancada, mesa y portaherramientas equivalente al carnero. • La cepilladora tiene la misma función que la limadora pero la diferencia entre estas dos máquinas es que la cepilladora sirve para arrancar material a piezas de mayores dimensiones.

30. 3.4. Cepilladora • Los movimientos de trabajo de esta máquina son: • Movimiento de corte, debido al desplazamiento longitudinal de la pieza. • Movimiento de avance, originado por el desplazamiento transversal de la herramienta. • Movimiento de penetración, a causa del desplazamiento vertical de la herramienta.

31. 3.4.1. Fuerza de corte y potencia absorbida por la cepilladora. • Como en el caso de la limadora, la fuerza de corte necesaria para el cepillado vendrá dada por: Fc= K · p · a Siendo: p= paso, que se mide en mm. a= avance, en mm por vuelta.

32. 3.4.1. Fuerza de corte y potencia absorbida por la cepilladora. • La potencia absorbida por la cepilladora es algo mayor que la de una limadora en idénticas condiciones de corte. El peso, en las limadoras, del carnero es pequeño y no se tiene en cuenta la energía consumida en su movimiento a causa de su rozamiento con las guías. En cambio, en la cepilladora hay que tener en cuenta esa energía consumida. Y la potencia de rozamiento se calcula: Pr= Q · R · Vc Siendo: Q= peso del carro y de la pieza. R= coeficiente de rozamiento Vc= velocidad de corte • Por lo tanto la potencia será: P= (Pc + Pr)/r= (Fc · Vc + Q · R · Vc)/r= (K · p · a+ Q · R)· Vc/r Siendo: K= fuerza específica de corte. p= paso que se expresa en mm. a= avance en mm por vuelta.

33. 3.5. Fresadora • Máquina que, por medio de una herramienta llamada fresa(con movimiento de rotación), mecaniza superficies de piezas que se desplazan bajo la herramienta con movimiento rectilíneo. • Existen dos tipos de fresado: • Cilíndrico. El eje de la fresa se dispone paralelamente a la superficie que se desea mecanizar. La fresa es cilíndrica y la viruta que se obtiene tiene forma de cuña curvada. • Frontal. El eje de la fresa es perpendicular a la superficie que se quiere mecanizar. De esta manera el corte es más uniforme y el acabado mas liso.

34. 3.5. La fresadora • Las partes principales de una fresadora son: • Base: placa que sirve de apoyo a la máquina. • Cuerpo: constituye la bancada de la máquina. Contiene las guías y el mecanismo de accionamiento. • Mesa: en ella se apoya la pieza objeto de fresado. • Eje de trabajo: sirve de portafresas, y recibe el movimiento de rotación del mecanismo de accionamiento del cuerpo de la fresadora.

35. 3.5. La fresadora • Los movimientos de trabajo de la fresadora son: • Movimiento de corte, originado por la rotación de la fresa. • Movimiento de avance, debido al desplazamiento rectilíneo de la pieza. • Movimiento de penetración, causado por el desplazamiento vertical de la pieza.

36. 3.5.1. Tipos de fresas. • Los tipos de fresas más conocidos son: • Fresa de disco. Tiene forma de disco con dientes en la periferia y en las superficies laterales. Se usa para el fresado en tallas y ranuras. • Fresa cilíndrica. En realidad es análoga a la de disco, pero tiene un gran espesor. • Fresa cilíndrica frontal. Tiene dientes en la periferia y en una de las caras. • Fresa de espiga. Tiene forma cilíndrica y es estrecha. Se utiliza para el fresado de cajas profundas y estrechas.

37. 4. Mecanizado con abrasivos. • Los abrasivos son sustancias muy duras que, en forma de granos sueltos o aglomerados por medio de cemento natural o con un aglomerante artificial, se emplean para pulir o mecanizar piezas, arrancándoles virutas de espesor muy pequeño. • Para limpiar una pieza se proyecta a la superficie de la pieza abrasivos y los diminutos cristales que los forman arrancan partículas del material.

38. 4.1. Tipos de abrasivos. • Los abrasivos naturales más empleados son: • Cuarzo. Es sílice. Su dureza es de 7 en la escala de Mohs. • Esmeril. Está formado por un 50 a 65 % de alúmina, que es material cortante, y por una serie de impurezas de hierro. Su dureza es de 7,6 en la escala Mohs. • Corindón. Está compuesto por un 70 a 75 % de alúmina, y por eso es mejor abrasivo que el esmeril. Su dureza en la escala de Mohs es de 9. • Diamante. Carbono puro cristalizado. En la escala de Mohs posee la dureza máxima, es decir, 10. Pero su utilización se encuentra limitada debido a su coste. Es el mejor abrasivo.

39. 4.1. Tipos de abrasivos. • Entre los abrasivos artificiales cabe destacar: • Corindón artificial: conocido como alundo. Se obtiene de la bauxita, que contiene un porcentaje elevado de alúmina. • Corindón blanco: se obtiene por fusión de alúmina pura. Presenta mayor dureza que el corindón artificial. • Carborundo: nombre comercial del carburo de silicio (SiC). Se considera un abrasivo artificial de gran dureza.

40. 4.2. Aplicaciones de los abrasivos. • Son tres las aplicaciones fundamentales: • Chorros de arena. Sirven para la limpieza y preparación de piezas metálicas. Se lleva a cabo proyectando un chorro de arena a presión sobre la superficie de la pieza. • Muelas. Son herramientas de corte que están formadas por materiales abrasivos, cuyos granos constituyen el filo de la herramienta. Se pueden afilar herramientas o desbastar piezas en trabajos que no requieren precisión. El material abrasivo puede ser natural o artificial. • Lijas: son hojas de papel o de tela sobre las que se adhieren abrasivos en polvo. Las más conocidas son las d papel.

41. 4.3. Máquinas para la mecanización con abrasivo. • Las más conocidas son: • Esmeriladoras. Son las más sencillas. Se componen de las muelas y el motor que las acciona. Realizan un trabajo de desbaste sin precisión. • Afiladoras de herramientas. El afilado frecuente de una herramienta tiene por objeto eliminar los desgastes que en ella se originan por su uso. Estas máquinas son similares a las esmeriladoras y realizan un afilado de precisión media. • Rectificadoras. Se emplean para rectificar medidas exactas de piezas que ya han sido mecanizadas. Debido a la precisión las piezas que se van a rectificar son muy pequeñas comparándolas con la rectificadora. Esto se debe a que se deben evitar las vibraciones para tener un acabado perfecto.

42. Hecho por: Gabriel Fdez-Borlado González Jaime Tendero Casanova