Procesos de Maquinado Por Arranque de Viruta_1

PROCESOS DE MAQUINADO POR ARRANQUE DE VIRUTA

Realizado por:

ING. Edgar Andrs Patio

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Ing. Edgar Andrs Patio 1 TECNOLOGA MECNICA BSICA

PROCESOS DE MAQUINADO


Clasificacin de los procesos de manufactura (Youssef, 2008).


Clasificacin procesos de maquinado. AJM, abrasive jet machining; WJM, water jet machining; USM, ultrasonic machining; AFM, abrasive fl ow machining; MAF, magnetic abrasive fi nishing; CHM, chemical machining;

ECM, electrochemical machining; EDM, electrodischarge machining; LBM, laser beam machining; PBM, plasma beam machining. (Youssef, 2008).



Exactitud en el maquinado (Tanigushi, 1983).



Tres relativamente distintos paradigmas de manufactura (Trent, 2000).


MAQUINADO POR ARRANQUE DE VIRUTA

Caractersticas:

Durante el maquinado por corte o arranque de viruta, la herramienta penetra en el material de trabajo a una profundidad de corte (depth of cut).

Un movimiento relativo, generado por el movimiento principal y de avance (feed), determinan la geometra del material de trabajo requerido.

Las herramientas tienen un nmero especfico de aristas de corte con una geometra conocida.

La accin de corte remueve la porcin maquinada en forma de viruta, la cual es visible a simple vista.


Generacin del corte por torneado. Formacin y generacin del corte por fresado frontal (El-Hoff, 2005). Ing. Edgar Andrs Patio 1

TECNOLOGA MECNICA BSICA

La precisin de la superficie generada depende principalmente de la exactitud de la forma de cortar de la herramienta.

Por ejemplo, el torneado (turning) produce partes cilndricas, el fresado genera superficies planas, mientras el taladrado produce agujeros de diferentes dimetros.


Requerimientos:

Movimiento relativo entre el material de trabajo y la herramienta de corte.

Material, geometra y propiedades de la herramienta de corte y el material a trabajar.

Suministro de energa que proporcione la potencia para el movimiento relativo y los esfuerzos de los diferentes componentes que intervienen en el proceso.




Representacin de los factores que influyen el comportamiento del maquinado por torneado (Grzesik, 2008).


La maquinabilidad de una aleacin es similar a la cata de vinos fcilmente apreciable pero no fcilmente medible en trminos cuantitativos (Trent, 2000).

A causa de que no existe una mtrica universal, la maquinabilidad puede ser considerada por uno o ms criterios expuestos a continuacin (Trent, 2000):

Vida de la herramienta: La cantidad de material removido por una herramienta, bajo unas condiciones especficas de corte, antes de que el rendimiento de la herramienta sea inaceptable o la herramienta se desgasta en una cantidad estandarizada.

Tasa lmite de remocin de material: La tasa mxima en la cual el material puede ser maquinado para una corta vida de la herramienta.

MAQUINABILIDAD


Fuerzas de corte: Las fuerzas actuando en la herramienta (medidas por un dinammetro unas bajo condiciones especficas) o la potencia consumida.

Acabado superficial: El acabado superficial logrado bajo condiciones especficas de corte.

Forma de la viruta: La forma de la viruta como influencia en la salida de las virutas alrededor de la herramienta, bajo ciertas condiciones de corte (Control de viruta).


MAQUINABILIDAD

MOVIMIENTO RELATIVO

El movimiento relativo entre el material de trabajo y la herramienta de corte esta compuesto por:

Movimiento primario o principal (Primary motion): Determina esencialmente la velocidad de corte.

Movimiento secundario o de avance (Secundary or feed motion): proporciona material nuevo en la zona de corte.

Movimiento de penetracin (Depth of cut): Genera el volumen de remocin.


Tambin llamado movimiento primario, es el movimiento que se genera de una mquina herramienta o de forma manual, el cual causa un movimiento relativo en el que la cara de la herramienta de corte se aproxima al material.

Usualmente el movimiento primario absorbe la mayor parte de la potencia requerida en el proceso.

MOVIMIENTO PRINCIPAL


MOVIMIENTO SECUNDARIO

Tambin conocido como movimiento de avance, es un movimiento que puede ser generado por la herramienta o por la pieza de trabajo.

Es aquel que en conjunto con el movimiento principal, permite la remocin continua o cclica (repetida) del material de trabajo en forma de viruta y crea la nueva superficie maquinada con la caracterstica geomtrica deseada.


PARMETROS DE CORTE

Velocidad de corte v (cutting speed) (movimiento principal).

Avance f (feed) (movimiento secundario): El avance est definido como el desplazamiento de la herramienta relativo a la pieza, en la direccin del movimiento de avance y por unidad de ciclo o revolucin de la pieza o la herramienta.

Profundidad de corte ap (depth of cut) (movimiento de penetracin): Ancho de la herramienta o del filo de corte que determina el volumen del material removido.

El producto de estos tres parmetros en torneado da la tasa de remocin (rate of removel) del materia, un parmetro frecuentemente usado en medicin de eficiencia de operacin de corte.

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MOVIMIENTOS Y PARMETROS DE CORTE en operaciones tpicas de maquinado


Movimientos y parmetros en el torneado (Astakhov, 2010)

Movimientos y parmetros en el mandrinado (Astakhov, 2010)


Movimientos en el taladrado (Astakhov, 2010)

Movimientos en el escariado (Astakhov, 2010)


Parmetros de corte en el fresado tangencia



Parmetros de corte en el fresado frontal.

Profundidades de corte en el fresado frontal.



OPERACIONES DE DESBASTE Y DE ACABADO

Operaciones de desbaste: Es el primer corte y est destinado a remover una gran cantidad de material con un gran avance (f). Los esfuerzos producidos durante esta operacin causaran probablemente deflexiones significativas en la mquina y imprecisin en la operacin.

Operacin de acabado: Las operaciones de desbaste generan demasiadas imprecisiones por este motivo se deja una pequea cantidad de material antes de llegar a la dimensin requerida, el cual es removido por una operacin de acabado que se realiza con un bajo avance (f). De esta manera dar a la pieza maquinada los requerimientos dimensionales y de acabado superficial exigidos.


MAQUINADO ORTOGONAL Es un caso especial de maquinado en el cual el filo de la herramienta es perpendicular a la direccin de movimiento relativo entre la pieza y la herramienta.

Como el maquinado ortogonal representa un problema bidimensional en lugar de uno tridimensional, es un modelo apropiado para investigaciones en las cuales es deseable eliminar tantas variables como sea posible. Por esto, la disposicin simple del modelo de maquinado ortogonal es ampliamente usada en estudios tericos y experimentales.


(Boothroyd, 1989).

ngulos y superficies de la herramienta en el proceso de maquinado ortogonal.


MAQUINADO ORTOGONAL

TORNEADO

Torno Colchester Triumph 2000

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TORNEADO

Caractersticas:

Emplea por lo regular herramientas monofilo.

Remueve material por medio de la rotacin del material de trabajo (Velocidad de corte tangencial).

Se usa para formar geometras de revolucin aunque no necesariamente de un solo eje.

El avance (f) tiene direccin perpendicular a la velocidad de corte (V).

La profundidad de corte (ap) se da por la penetracin de la herramienta en el material de forma perpendicular a las direcciones de V y f.


PARTES DEL TORNO


PARTES PRINCIPALES DEL TORNO


PARTES PRINCIPALES DEL TORNO Sujecin de la pieza:

Sujecin en el torno usando copas de mordazas, copa de tres mordazas y copa de cuatro mordazas independientes.


Sujecin entre puntos para torneado.

(Boothroyd, 1989)

PARTES PRINCIPALES DEL TORNO

Sujecin de la herramienta de corte: Es necesario que la sujecin sea firme y segura.

Portaherramientas de sujecin: Sujeta firmemente la cuchilla incluso en los casos de cortes fuertes.

Portaherramientas cudruple: hace posible la sujecin simultnea de cuatro herramientas de corte, que pueden ponerse sucesivamente con rapidez en posicin de trabajo.


(Boothroyd, 1989)

Cara, A

Filo secundario, S

Flaco secundario

Filo principal, S

Flaco principal, A

Eje de la herramienta

base


punta

Herramienta monofilo tpica, segn norma ISO/DIS 3002

(Boothroyd, 1989).

Herramientas monofilo en torno

V = La velocidad de corte es la tasa en la cual la superficie del material de trabajo esta pasando por el filo de la herramienta. Se mide en metros por minuto (m/min) o pies por minuto (ft/min).

f = El avance, es la distancia recorrida en la direccin del movimiento de avance en el cual la herramienta de corte es medida en milmetros por revolucin (mm/REV) o pulgadas por revolucin (in/REV).

Vf = La velocidad de avance, es la velocidad de la herramienta en la direccin de avance. Se mide en milmetros por minuto (mm/min) o pulgadas por minuto (in/min).

Donde = 3,14, Dw es el dimetro del material en mm o pulgadas y n es la velocidad rotacional en revoluciones por minuto (RPM).


ANLISIS CINEMTICO EN EL TORNEADO


La velocidad de corte (v) y a la velocidad de avance (vf) pueden ser caracterizadas por su magnitud y direccin, es decir por un vector. La suman de estos vectores dan la direccin y magnitud del tambin llamado movimiento resultante (Ve).

Donde s es el ngulo de corte resultante. Y su calculo es: Este ngulo si es representativo o puede ser despreciado? Calcular s sabiendo que Dw= 50 mm y f = 0,5 mm/REV. Discutir resultado.

ANLISIS CINEMTICO EN EL TORNEADO

(Astakhov, 2010)

OPERACIONES EN TORNEADO

TORNEADO

No. Operacin Operation

1 Cilindrado Straight turning

2 Refrentado Facing

3 Mandrinado Boring and internal Grooving

4 Roscado Threading

5 Tronzado Cutting off

6 Ranurado Grooving

7 Moleteado Knurling

8 Torneado conico Taper turning


OPERACIONES EN TORNEADO EXTERNO

Operaciones de torneado externo. (Astakhov, 2010)


OPERACIONES EN TORNEADO INTERNO (MANDRINADO)

Operaciones de torneado interno (Mandrinado Boring). (Astakhov, 2010)


CILINDRADO OPERACIONES EN TORNEADO

(Astakhov, 2010) Ing. Edgar Andrs Patio 1


ndv w **max

ndv mpunta **

2

** mw ddnv


nf

LttrabajodeTiempo mw

*)(

CILINDRADO OPERACIONES EN TORNEADO

REFRENTADO OPERACIONES EN TORNEADO


ndv w **max

nf

dt wm

**2


REFRENTADO OPERACIONES EN TORNEADO

MANDRINADO OPERACIONES EN TORNEADO


(Astakhov, 2010)


2

** mw ddnv

nf

Lt mw

*

(Astakhov, 2010)

MANDRINADO OPERACIONES EN TORNEADO

TRONZADO Y RANURADO OPERACIONES EN TORNEADO


ndv w **max

nf

ddt mwm

**2

)(

Tronzado Ranurado


TRONZADO Y RANURADO OPERACIONES EN TORNEADO

ROSCADO OPERACIONES EN TORNEADO


El roscado en torno es un tipo de cilindrado en el cual el avance corresponde al paso de la rosca, haciendo que el movimiento principal genere una hlice.

En el torneado, el avance requerido para maquinar la rosca es creado por el husillo de roscar y el mecanismo de engranes del avance.

La herramienta de roscar en torno es un buril o un inserto que su forma debe coincidir con el perfil de la rosca que se desea maquinar.


Roscado externo

Roscado interno

ROSCADO OPERACIONES EN TORNEADO


MOLETEADO OPERACIONES EN TORNEADO

Es un proceso de conformado en fro del material mediante unas moletas que presionan la pieza mientras da vueltas.

Dicha deformacin genera un incremento del dimetro inicial de la pieza.

El moleteado se realiza en piezas que se tengan que manipular con la mano para evitar el resbalamiento que tuviesen en caso de ser lisa.

El moleteado se realiza en los tornos con las moletas de diferentes pasos y dibujos. (Gerling, 1986)


Piezas moleteadas: a) Moleteado paralelo; b) Moleteado en cruz; c) Moleteado diagonal

MOLETEADO OPERACIONES EN TORNEADO

CONOS OPERACIONES EN TORNEADO

Torneado de conos con el carro superior:

El carro superior o torreta ha de desplazarse en la direccin horizontal de la generatriz del cono.

El procedimientos se presta para maquinado de conos delgados y truncados.

Como el avance es realizado a mano, puede resultar un pobre acabado de la pieza.

El recorrido lateral del carro por lo general es limitado, por este motivo solo se pueden tornear conos cortos.


(Gerling, 1986)

Torneado de conos con desplazamiento del punto del cabezal mvil:

La pieza se coloca entre puntos.

Si el punto del cabezal mvil est desplazado lateralmente respecto al centro, al moverse el carro portaherramientas longitudinalmente, da lugar a una forma cnica.

Gerling (1986) recomienda que el desplazamiento del punto mvil no debe ser superior a 1/50 de la longitud de la pieza, ya que en caso contrario los puntos estarian muy forzados.


El procedimiento esta limitado a tornear conos cortos y estrechos.

Tiene la ventaja de que se puede trabajar con el avance automtico.

Caso en el cual la longitud del cono es igual a la separacin entre conos:

CONOS OPERACIONES EN TORNEADO

(Gerling, 1986)

FRESADO


FRESADO

Caractersticas:

El proceso de fresado es una importante operacin de maquinado caracterizado por:

Utilizar una herramienta (Fresa) con aristas cortantes de geometra definida dispuestas alrededor de un eje de giro.

El movimiento principal de corte es proporcionado por la rotacin de la fresa alrededor de su eje de giro.

El movimiento de avance es aplicado generalmente a la pieza que esta siendo maquinada.


PARTES DE LA FRESADORA

Fresadora Horizontal:


Fresadora Vertical:


1. Base. 2. Cuerpo o soporte. 3. Cabezal. 4. Husillo. 5. Mesa de fresado. 6. Carro transversal. 7. Carro vertical o mnsula. 8. Manija carro transversal. 9. Manija carro vertical. 10.Manija de avance.


Sujecin del material de trabajo:



Tornillo de mordazas paralelas Cabezal divisor

SUPERFICIES OBTENIBLES POR FRESADO

El proceso de fresado permite obtener una gran cantidad de tipos de superficies.


El proceso de fresado permite obtener una gran cantidad de tipos de superficies.



Algunos ejemplos de fresados

1. Fresado frontal de acabado.

2. Fresado en escuadra.

3. 4. Contorneado.

5. Ranurado.

6. Tornofresado.

7. Fresado de roscas.



Algunos ejemplos de fresado:

8. Tronzado.

9. Fresado frontal de alto avance.

10. Fresado de pared.

11. Fresado de rebajes, rampa.

12. Mandrinado, interpolacin helicoidal.

13. Fresado frontal en trayectoria circular.

14. Fresado de cavidades.



OPERACIONES DE FRESADO

Parmetros de corte en el fresado tangencia (Slab Milling).



Parmetros de corte en el fresado frontal (face Milling)..

OPERACIONES DE FRESADO

FRESADO FRONTAL


Profundidades de corte:

(Boothroyd, 1989)

Anlisis cinemtico:

Los vectores estn en un plano perpendicular al eje de la fresa.

El ngulo entre los vectores de velocidad de corte (v) y velocidad de avance (Vf) varan continuamente. Como consecuencia el vector movimiento resultante (ve) varia continuamente en direccin y magnitud.


(Boothroyd, 1989)

FRESADO FRONTAL

1000

** fresadnv

TALADRADO


(Astakhov, 2010)

TALADRADO

Caractersticas: Se emplea por lo regular una herramienta de dos filos

(brocas).

La herramienta rota, generando una velocidad de corte tangencial.

El avance (f) es paralelo al eje de rotacin de la herramienta.

La profundidad de corte (ap) se considera el filo de la herramienta que determina el volumen de material removido.

Se realizan agujeros con superficie interior cilndrica.


PARTES DEL TALADRO

En husillo va dispuesta la broca, por esta razn tambin se llama husillo porta herramienta. En su parte inferior va provisto de un agujero cnico en el que entra el mango de la herramienta.

El mecanismo del movimiento principal transmite al husillo el movimiento de giro procedente de un motor elctrico o de una transmisin.

El Mecanismo para el avance da al husillo el movimiento de avance.

La mesa de taladrar soporta la pieza a taladrar.


Taladro de columna

(Gerling, 1986)

TALADRADO PARTES DE LA BROCA


(Astakhov, 2010)

TALADRADO MOVIMIENTOS Y PARMETROS DE CORTE


r = ngulo de posicin del filo principal r= ngulo de posicin del filo secundario

nf

Ltm

*

(Astakhov, 2010)

1000

** mdnv

OPERACIONES EN TALADRADO


TALADRADO

No. Operacin Operation

1 Taladrado Drilling

2 Sondeo Core drilling

3 Taladrado escalonado Step Drilling

4 Abocardado Counterboring

5 Avellanado Countersinking

6 Escariado Reaming

7 Taladrado de centro Center Drilling

8 Taladrado de can Gun Drilling


OPERACIONES EN TALADRADO

Operaciones bsicas de taladrado:

(Astakhov, 2010)

HERRAMIENTAS DE CORTE


HERRAMIENTAS DE CORTE GEOMETRA


Geometra de la herramienta de corte

Control de la viruta

Direccin de flujo de la viruta.

Rotura de la viruta.

Evacuacin de la viruta.

Productividad del maquinado

Aumento de la tasa de remisin de material.

Vida de la herramienta

Esfuerzo de corte.

Interaccin herramienta-viruta.

Temperatura

Calidad superficial del maquinado

Rugosidad.

Esfuerzos residuales.

Afecta

HERRAMIENTAS DE CORTE MATERIALES


Requerimientos:

1. Elevada dureza a elevada temperatura, para resistir desgaste abrasivo.

2. Elevada resistencia a deformacin, para prevenir la deformacin o el colapso del filo bajo los esfuerzos producidos por la formacin de la viruta.

3. Elevada tenacidad de fractura para resistir la quebradura del filo, especialmente en corte interrumpido.

4. Baja afinidad qumica con el material de trabajo, para resistir el desgaste por difusin, qumico y por oxidacin.

5. Elevada conductividad trmica, para evacuar rpidamente el calor.

6. Alta rigidez para mantener la precisin.

7. Baja friccin con el material de trabajo, para prevenir la adherencia.



Los materiales para herramientas mas importantes en la industria de maquinado son:

1. Acero rpido (High Speed Steel-HSS).

2. Metal duro-MD (Carbide).

3. Cermets.

4. Cermicos.

5. Nitruro de boro cbico policristalino (Polycrystalline cubic boron nitride-PCBN).

6. Diamante policristalino (Polycrystalline diamond-PCD).



(Astakhov, 2008)



Recomendaciones de uso

FLUIDOS DE CORTE NECESIDAD


Durante el maquinado hay un importante porcentaje de energa que se transforma en calor.


Las funciones bsicas de los fluidos de corte son proveer lubricacin y refrigeracin, reduciendo la severidad del contacto herramienta-viruta y herramienta-material de trabajo.

El uso de fluidos de corte es necesario en muchas ocasiones por una o varias de las siguientes razones:

1. Para prevenir que la herramienta, la pieza o la maquina se sobrecalienten, distorsionando el proceso.

2. Para aumentar la vida de la herramienta.

3. Para mejorar el acabado de la pieza.

4. Para evacuar las virutas del rea de trabajo.

5. Para lavar y manipular la pieza terminada.

FLUIDOS DE CORTE NECESIDAD


FLUIDOS DE CORTE

Comparacin de los efectos refrigerantes y lubricantes para diferentes fluidos de corte

(Grzesik, 2008)


VIRUTAS


VIRUTAS

Etapas de formacin de la viruta 1. Deformacin: el material es deformado por la arista de corte

que va penetrando en l.

2. Corte: la mayor deformacin se tiene en la zona de cizalladora o corte. En este zona tiene lugar un esfuerzo cortante mayor que la resistencia al corte del material de trabajo, por lo que resulta cortada una parte de viruta (elemento de viruta).

3. Salida de viruta: en el caso de materiales frgiles como por ejemplo el hierro fundido se desprenden partes de viruta. Cuando el material es tenas (por ejemplo el acero) se unen unas a otras y forman una viruta continua.


VIRUTAS

Etapas de formacin de la viruta

(Gerling, 1986)


VIRUTAS TIPOS DE VIRUTAS

Viruta discontinua (discontinuous chip): Se produce en los materiales frgiles, quebradizos como la fundicin o el bronce, pero tambin puede producirse cuando maquinan materiales dctiles a muy baja velocidad y avances.

Virutas discontinuas, torneadas a un avance de 0,15 mm, a la derecha latn con plomo a una velocidad de corte de 120 m/min y acero dctil a una velocidad de

corte de 120 m/min 5 m/min1. (Childs, 2000)



Viruta continua (continuous chip): esta ocurre cuando los materiales trabajados son tenaces y las velocidades de corte levadas.

Viruta continua, latn 70/30 torneado a un avance de 0,15 mm y una velocidad de corte

de 50 m/min1.

(Childs, 2000)



Viruta continua con filo recrecido (continuous chip with built-up): Bajo ciertas condiciones la friccin entre la viruta y la herramienta es suficientemente grande para que la viruta se sold a la cara de herramienta. La presencia de este material soldado aumenta an ms la friccin, y este aumento induce el auto soldado de una mayor cantidad de la viruta. El material apilado resultante es conocido como filo recrecido.

Viruta con filo recrecido, acero dctil torneada a un avance de 0,15 mm

con velocidad de corte de 25 m/min3

(Childs, 2000)



Clasificacin de las formas de la viruta segn la norma 3685-1977

(Boothroyd, 1989)



Clasificacin de las formas de la viruta

segn la norma 3685-1977

(Trent, 2000)



Un caso de rgimen de formacin y rotura de la viruta para varios avances y profundidades de corte. v= 100 m/min, = 0 , radio de punta = 0,8mm y materal de trabajo =acero 1045.

(Trent, 2000)

REFERENCIAS Astakhov V. P. (2010). Geometry of Single-point Turning Tools and Drills: Fundamentals and

Practical Applications, Springer.

Astakhov V.P. (2006), Tribology of Metal Cutting, TRIBOLOGY AND INTERFACE ENGINEERING SERIES, vol. 52, Elsevier Ltd.

Childs T.H.C. , Maekawa K. , Obikawa T. , Yamane Y. (2000). Metal Machining, Theory and applications, Arnold Publishers, Londres, Inglaterra.

El-Hofy H. A. y El-Hofy H. (2005). Advanced machining processes: nontraditional and hybrid machining processes, McGraw-Hill.

Boothroyd G. , Knight W.A. (1989). Fundamentals of Machining and Machine tools, DEKKER, Nueva York, E.E.U.U.

Gerling H. (1986). Alrededor de las maquinas-herramienta, Editorial REVERS, Barcelona, Espaa.

Grzesik W. (2008). Advanced machining processes of metallic materials: theory, modelling and applications, Elsevier.

Tanigushi, N. (1983). Current Status in and Future Trends of Ultra Precision Machining and Ultra Fine Materials Processing, Annals of CIRP, 32 (2): 573582.

Trent E.M. , Wright P.K. (2000). Metal Cutting, Butterworth-Heinemann, Boston.

Youssef H. A. y El-Hofy H (2008). Machining technology: machine tools and operations, CRC Press.


Procesos de Maquinado Por Arranque de Viruta_1

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