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UNIVERSIDAD DE ALMERA
REA DE INGENIERA MECNICA
TECNOLOGA MECNICA Ingeniera Tcnica Industrial en Mecnica (Plan
2005)
TECNOLOGA DE LA FABRICACIN Grado en Ingeniera Electrnica
Industrial (Plan 2010)
Grado en Ingeniera Mecnica (Plan 2010) Grado en Ingeniera Qumica
Industrial (Plan 2010)
COMPLEMENTOS TERICOS
Alejandro Lpez Martnez
Almera, octubre 2008 Actualizado, octubre 2011
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INDICE Tema 2: Conformado por deformacin plstica
...............................................................1 1.
Fundamentos.......................................................................................................1
1.1.
Clasificacin..............................................................................................2
1.2. Conformado en fro vs caliente
.................................................................4
1.3. Ensayos para determinar el comportamiento plstico
..............................5 1.3.1. Unidimensionales
..........................................................................5
1.3.2.
Bidimensionales.............................................................................5
2. Laminacin
..........................................................................................................7
2.1. Introduccin
..............................................................................................7
2.2. Equipos de
laminacin..............................................................................8
2.2.1. Disposicin de los
cilindros............................................................9
2.2.2. Clasificacin segn el producto obtenido
....................................11 3. Laminacin de
tubos..........................................................................................12
3.1. Procedimiento Ehrhard
...........................................................................12
3.2. Mediante soldadura por resistencia I
......................................................12 3.3.
Mediante soldadura por resistencia II
.....................................................13 4. La forja
...............................................................................................................14
4.1.
Clasificacin............................................................................................14
4.2. Herramientas
..........................................................................................15
4.3. Defectos de
forja.....................................................................................17
5.
Extrusin............................................................................................................18
5.1. Herramientas
..........................................................................................18
5.2. Clasificacin de los procesos de extrusin
.............................................20 5.2.1. En
continuo..................................................................................20
5.2.2. En discontinuo
.............................................................................20
5.3. Ventajas e inconvenientes de la
extrusin..............................................20 6.
Estirado y trefilado
.............................................................................................21
6.1. Operaciones en
estirado.........................................................................21
6.1.1. Operaciones preparatorias
..........................................................21 6.1.2.
Estirado........................................................................................22
6.1.3. Operaciones de
acabado.............................................................23
6.2. Operaciones en
trefilado.........................................................................23
6.2.1. Operaciones preparatorias
..........................................................23 6.2.2.
Estirado........................................................................................23
6.2.3. Operaciones de
acabado.............................................................24
Tema 3: Conformado de chapa
.....................................................................................25
1. Introduccin
.......................................................................................................25
2. Punzonado y
troquelado....................................................................................26
2.1. ngulo de escape
...................................................................................26
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2.1. Fuerza de
punzonado.............................................................................27
2.3. Espesor mximo de corte en funcin del dimetros
...............................27 2.4. Trabajo de
corte......................................................................................28
2.5. Disposicin de
figuras.............................................................................28
2.6. Caractersticas del punzn y de la placa
matriz......................................28 3. Doblado y
curvado.............................................................................................30
3.1. Esfuerzos desarrollados en el
doblado...................................................30 4.
Embuticin
.........................................................................................................31
4.1. Determinacin del dimetro de la chapa
................................................32 4.2. Recipientes
cilndrico..............................................................................33
4.3. Relacin de
embuticin...........................................................................34
4.4. Fuerza necesaria para la
embuticin......................................................35
Tema 4: Mecanizado mediante arranque de
viruta........................................................37 1.
Introduccin
.......................................................................................................37
2. Movimientos de corte, avance y
penetracin.....................................................39
3. Propiedades generales de la viruta
...................................................................43
4. La herramienta de mecanizado
.........................................................................43
4.1. La herramienta elemental
.......................................................................43
4.2. Formacin del filo de
recrecido...............................................................45
4.3. La herramienta real monofilo
..................................................................46
4.4. Enlace del filo principal y el filo
secundario.............................................47 5. Vida
til de la herramienta
.................................................................................48
5.1. Mecanismos de desgaste
.......................................................................48
5.2. Zonas de desgaste
.................................................................................48
5.3. Duracin o vida til de la herramienta
....................................................49 5.3.1.
Medida del desgaste de la
herramienta.......................................49 5.3.2.
Criterios de
desgaste...................................................................50
5.3.3. Vida de la
herramienta.................................................................51
5.3.4. Ecuacin de Taylor
......................................................................51
6.
Maquinabilidad...................................................................................................52
7. El torno
..............................................................................................................53
8. La
fresadora.......................................................................................................57
Bibliografa.....................................................................................................................60
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
A.L.M. 1
2 TEMA 2: CONFORMADO POR DEFORMACIN PLSTICA
1. Fundamentos Partimos de la idea de que la fundicin es el ms
antiguo de los procesos de fabricacin que se conocen. Presenta un
problema de partida, las propiedades mecnicas que confiere a los
elementos fundidos no suelen ser muy buenas. Para mejorar estas
propiedades se recurren a los procesos de conformado por deformacin
plstica. Objetivos de la deformacin plstica:
- Dar forma.
- Mejorar el comportamiento mecnico (aumenta lmite elstico, vara
la ductibilidad, dureza). Tambin suele producir el alargamiento de
los granos metlicos, creando una direccin preferente.
- Reducciones de espesor de hasta el 95%.
Inconveniente: requiere grandes esfuerzos (encarecimiento).
Posibilidades de realizacin: Fro o Caliente. Importancia, por qu
se usa cada vez ms, sobre to do en fro?
- Mejora las propiedades mecnicas: se obtiene una estructura de
grano ms fina y adapta las lneas de flujo o fibras del material a
la forma de la pieza.
- Exactitud de forma y calidad superficial: algunos procesos
ofrecen muy buenas
tolerancias y acabados, incluso para obtener piezas listas para
montaje.
- Costes de material: slo se usa el material necesario. De forma
que, en algunos casos slo es necesario realizar un mecanizado
mnimo.
- Cadencia de fabricacin: al requerir un mecanizado posterior
mnimo, se reduce
el tiempo de trabajo consumido por pieza.
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
A.L.M. 2
1.1. Clasificacin
Fuerza aplicada perpendicular al flujo de material
FORJA PRENSA
LAMINACIN
COMPRESIN DIRECTA
Fuerzas de compresin generadas por la reaccin entre la pieza y
la matriz
EXTRUSIN
EMBUTICIN PROFUNDA
COMPRESIN INDIRECTA
Material se adapta a una matriz por esfuerzo traccin
ESTIRADO
TREFILADO hilos
TRACCIN
Aplicacin de momentos de flexin sobre chapas
DOBLADO PLEGADO
CONFORMACIN POR ESTIRADO
PLEGADO O FLEXIN
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
A.L.M. 3
Implica fuerzas cizallantes que provocan el corte del metal
CIZALLADO
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
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1.2. Conformado en fro vs caliente Conformado en caliente: la
pieza se calienta a una determinada temperatura antes de someterla
al proceso de conformado. No produce aumento de resistencia por
deformacin. Conformado en fro: se suele realizar a temperatura
ambiente. Requiere mayores esfuerzos. Ms indicado para grandes
producciones. Se puede elevar algo la temperatura para favorecer la
ductibilidad. Es un proceso que se encuentra en pleno
desarrollo.
FRIO CALIENTE
Sin calentar Calentar pieza (energa)
Requiere ms esfuerzo y energa Mayor facilidad (menos esfuerzo y
energa) Maquinaria menos costosa --
Mquinas ms potentes y pesadas --
Conformado por etapas Posibilidad conformado 1 paso
(posibilidad grandes cambios de forma)
-- Rompe la estructura cristalina para formar otra ms refinada
de granos
pequeos.
Requiere limpieza previa Las impurezas se deshacen y distribuyen
uniformemente -- Los poros o huecos desaparecen
Facilidad de reproduccin --
Mayor calidad superficial Peor calidad superficial
Mejores tolerancias -- Mejores propiedades mecnicas
(aumento del lmite elstico) Mejora algo las propiedades
mecnicas por la estructura refinada Aumenta la resistencia
por
deformacin --
Favorece anisot ropa de la pieza -- Generacin de tensiones
residuales
Menos defectos Ms defectos internos y externos
Mayor intercambiabilidad de pieza --
Menor contaminacin --
Menor Oxidacin Rpida oxidacin
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
A.L.M. 5
1.3. Ensayos para determinar el comportamiento pls tico
1.3.1. Unidimensionales
Traccin Simple: consiste en someter una probeta a un esfuerzo de
traccin hasta su rotura (en una nica direccin). Para cada instante
se mide el esfuerzo o carga aplicada y la deformacin producida. Se
puede determinar el lmite elstico, lmite de fluencia y la carga de
rotura.
Compresin: se aplica la probeta a compresin uniaxial entre dos
plataformas lisas. Entre la pieza y la prensa se genera rozamiento,
que da lugar a un cierto abarrilamiento. Esto se puede evitar con
el uso de lubricantes. Se hacen ensayos para distintas relaciones
dimetro/altura probeta.
1.3.2. Bidimensionales Compresin con deformacin plana (Ensayo de
Ford): una chapa de espesor h se comprime entre plataformas de
anchura b y que sobrepasan la chapa. Debe haber una relacin
adecuada entre b y h para que no se produzca la mordida del
material. Se obtiene la tensin de fluencia por deformacin plana que
se puede relacionar con la tensin de fluencia por traccin
uniaxial.
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
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Ensayo de torsin: consiste en aplicar un par torsor a una
probeta y medir el ngulo de deformacin provocado.
Se obtiene la tensin de fluencia por esfuerzo cortante puro que
se puede relacionar con la tensin de fluencia por traccin uniaxial.
Ensayo de dureza: mide la resistencia de un material a ser marcado
por otro. Se aplica a materiales duros cuando stos deben resistir
el roce con otros elementos. El ensayo es realizado con
indentadores en forma de esferas, pirmides o conos. Estos elementos
se cargan contra el material y se procede a medir el tamao de la
huella que dejan. Es un ensayo fcil y no destructivo. La
clasificacin y los mtodos varan con cada material, dando origen a
los nmeros de dureza: HBN (Hardness Brinell Number), HRA, HRB, HRC
(Hardness Rockwell series A, B, C...) y HVN (Hardness Vickers
Number).
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2. Laminacin 2.1. Introduccin La laminacin es el proceso ms
habitual despus de la fundicin, pudiendo ser incluido en el propio
proceso de colada continua. Es un proceso de deformacin plstica, de
alta productividad y fcilmente controlable. Su principal objetivo
es reducir el espesor del material hacindolo pasar entre dos
cilindros que lo comprimen y estiran. Se pueden obtener distintos
perfiles comerciales (L, H, Redondos, Redondos huecos, U) Se puede
hacer en fro o caliente. En el primer caso las fibras se orientan
bien en el sentido de trabajo. A pesar de requerir mayores cargas,
el laminado en fro se utiliza para mejorar las propiedades mecnicas
y el acabado superficial de lminas preconformadas en caliente.
Normalmente requiere varias pasadas hasta obtener el perfil
deseado, denominando a todo el conjunto trenes de laminacin .
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
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2.2. Equipos de laminacin La unidad bsica de este proceso es el
cilindro de laminacin . El conjunto se denomina CAJA y est formado
por un par de rodillos, situados en un bastidor, que pueden girar,
presionar y modificar la distancia entre sus ejes. Un cilindro se
mueve por accionamiento y el otro por friccin.
Los cilindros de laminacin se componen de:
- Cuerpo o tabla: puede ser liso para chapa o acanalado para la
obtencin de distintos perfiles.
- Cuellos: situados a ambos lados de la tabla.
- Muones o trefles: se asientan en los cojinetes.
El material del cuerpo de los cilindros de laminacin vara segn
el proceso se haga en fro o en caliente.
- Laminacin en fro: cilindros de acero forjado, con un
tratamiento trmico que les confiere mayor dureza superficial.
- Laminacin en caliente: cilindros de fundicin.
Estos cilindros se desbastan en tornos apropiados, se templan y
posteriormente se rectifican en mquinas de gran precisin para
conseguir un fino acabado. Se debe usar lubricacin durante la
laminacin.
accionamiento
Cojinete o rodamiento
cilindro
cuerpo
liso ranurado
cuello mun
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
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2.2.1. Disposicin de los cilindros
Las cajas de laminacin ms sencillas son las de dos cilindros,
tambin existen cajas de tres o ms cilindros, se denominan cajas
compuestas. Do: caja de dos cilindros de ejes horizontales.
Reversibles o no. En los reversibles para laminar en ambos sentidos
hay que parar e invertir el giro, con la prdida de tiempo que
conlleva.
Tro: permite laminar en ambos sentidos sin necesidad de
parar.
Dobles Dos: se componen de dos parejas de cilindros, con sus
ejes paralelos.
Cajas Universales: permiten controlar el aumento de dimensin en
direccin transversal al avance de la lmina. Por un lado controlamos
el ancho de la chapa o perfil, y adems, se aumenta la tolerancia y
disminuye la prdida de material. Est formado por cuatro cilindros:
dos horizontales y dos verticales.
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Laminadores para pequeos espesores: cada vez que disminuye el
espesor, se dificultan las operaciones sucesivas de reduccin de
espesor. En cada pasada se crean tensiones residuales que provocan
acritud. Para evitarlo se puede: aumentar la lubricacin, recocer el
material o reducir el dimetro de los rodillos. Los cilindros de
menor dimetro presentan menor superficie de contacto, por lo que el
esfuerzo necesario para conseguir la deformacin es menor. Como
inconveniente presentan que son ms susceptibles de flexarse, por lo
que requieren otros cilindros de mayor dimetro sobre los que
apoyarse.
Trenes de laminacin: sucesin de cajas laminadoras sincronizadas,
que realizan sucesivas pasadas para obtener el perfil deseado.
- Abiertos o en lnea: todos accionados por el mismo motor.
Facilita la salida del material en cualquier pasada.
- Continuos: cajas dispuestas una a continuacin de otra pasando
el material de una
o en otra sin interrupcin. Pueden estar accionadas por el mismo
motor o no.
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- Semicontinuos: como los continuos, pero dejando ms espacio
entre cajas, para poder recoger el material en cualquier
pasada.
- En zig-zag: mixto entre continuo y en lnea.
2.2.2. Clasificacin segn el producto Obtenido Trenes
desbastadores: parten de lingotes de fundicin.
- Blooming: obtencin de tochos. - Slabbing: obtencin de
petacas.
Trenes palanquilla: obtencin de palanquillas. Trenes para
fermachines: obtencin de redondo de acero entre 5-8 mm Trenes
estructurales: obtencin de perfiles (U, T, doble T) Trenes
comerciales: obtencin de perfiles de tamao mediano y pequeo. Trenes
para chapa:
- Para chapa gruesa: a partir de petacas. - Trenes continuos de
laminacin en caliente (partiendo de espesores entre 100 y
200 mm obtenemos chapas entre 1.5 y 4.75 mm). - Trenes continuos
de laminacin en fro (partiendo de espesores entre 1.25
5 mm obtenemos chapas de hasta 0.2 mm).
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3. Laminacin de tubos 3.1. Procedimiento Ehrhard Se introduce un
tocho incandescente de seccin cuadrada en una matriz de seccin
circular. Mediante un mandril punzonador se perfora un orificio
previo, sin llegar a atravesar el tocho, para continuar la
conformacin se utilizan las cajas de cilindros laminadores con
saliente estirador (a), un banco empujador (b) y, por ltimo, las
cajas de cilindros laminadores de reduccin por estirado (c).
3.2. Mediante soldadura por resistencia I
a) desbobinadora b) mquina de soldeo a tope (trabajo continuo)
c) cizalla para el biselado de bordes d) h) rodillos perfiladores
i) soldadura j) m) rodillos calibradores n) guillotina
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3.3. Mediante soldadura por resistencia II
Se hace pasar el fleje a travs de la matriz de la hilera,
doblndose a modo de tubo. Cuando los bordes entran en contacto, se
produce un calentamiento local hasta la temperatura de soldeo.
Posteriormente, se vuelve a hacer pasar por la hilera el tubo para
que suelden los bordes. NO RESULTA RENTABLE SE USA MUY POCO.
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4. La forja La forja es uno de los procedimientos de fabricacin
ms antiguos. La forja es un procedimiento de conformacin de los
metales que se realiza sometindolos a esfuerzos violentos de
compresin repetidos (forja) o continuos (prensa), generalmente en
caliente. Se consigue:
- Mejorar la constitucin del grano.
- Adaptar la forma del grano a la forma de la pieza deseada.
- Eliminar defectos (grietas y poros).
- Conformar superficialmente la pieza. A elevadas temperaturas
se permite someter a los materiales a grandes esfuerzos y
deformaciones sin que aparezca acritud. Podemos obtener:
- Piezas acabadas
- Piezas de desbaste (se terminan mediante mecanizado) 4.1
Clasificacin Forja libre: la matriz o herramienta no condiciona la
forma de la pieza. El material se deforma libremente entre las
superficies activas de los dispositivos de forja. Se fabrican
piezas grandes o en nmero reducido.
Forja con estampa: las herramientas conformadoras o estampas se
desplazan una contra otra. Circundando a la pieza totalmente o en
una extensin considerable (puede ser cerrada o semicerrada).
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
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4.2. Herramientas Forja a mano: yunques, bloques de acero
templado, martillos, tenazas y herramientas auxiliares (punzones)
Martillos o martinetes: realizan la compresin necesaria mediante
golpes sucesivos. Los golpes deben tener la suficiente fuerza como
para trabajar la zona ms interna del material de partida (siendo un
defecto muy comn el trabajo slo superfi cial ). Tipos de martillos:
DE CADA LIBRE se eleva una maza y se deja caer. DE DOBLE EFECTO
cada libre de la maza incrementada por el impulso de algn
sistema accionado por aire o vapor de agua. DE CONTRAGOLPE
mientras la maza cae, la mesa sube.
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Prensas: la compresin del metal se produce por presin
progresiva. La fuerza necesaria se transmite a la pieza a una
velocidad baja. Estn caracterizadas por ser silenciosas y con pocas
vibraciones. Si se ajusta bien hay menos problemas de trabajos
superficiales. PRENSAS DE HUSILLO se basan en el principio de
tornillo-tuerca (normalmente
siendo la tuerca el elemento fijo) PRENSAS MECNICAS se basan en
el principio biela-cigeal. El giro del
cigeal arrastra la biela, a la que se une la maza, que en una
vuelta del cigeal realiza un ciclo de subida y bajada.
AMBAS PRESENTAN UN VOLANTE DE INERCIA ACUMULADOR DE ENERGA
PRENSAS HIDRULICAS de cilindro-pistn. Por lo general son las que
presentan
mayor capacidad de trabajo.
Prensas horizontales: para cualquiera de las anteriores.
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4.3. Defectos de forja Los ms importantes:
- Grietas y plegado: se da en piezas excesivamente trabajadas,
materiales frgiles en caliente, en situaciones con temperatura
demasiado baja o en zonas de difcil llenado.
- Exceso de tensiones residuales: se eliminan con tratamientos
trmicos.
- Falta de penetracin.
- Pandeo: no se debe superar una relacin dimetro/longitud >
3.
- Abarrilamiento: se produce por rozamiento entre la pieza y la
matriz o maza. Puede dar lugar a grietas internas.
- Estructura de fibra: cuando se deforma ms una direccin que
otra (similar a lo que ocurre en laminacin). A veces interesa y
otras no, depende de la finalidad de la pieza.
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5. Extrusin
Proceso de conformado plstico. Mediante un mbolo o punzn se
presiona el material de partida, colocado en el cuerpo de extrusin,
obligndolo a pasar por una matriz de forma determinada. Al
necesitar elevadas presiones, lo normal es que sea un proceso en
caliente. En casos excepcionales se puede realizar en fro,
obteniendo muy buenas propiedades mecnicas. Segn la forma de la
matriz se pueden obtener barras, tubos, perfiles complejos Este
proceso favorece la no aparicin de grietas. En materiales frgiles
se suele usar la extrusin en vez de estirado. 5.1. Herramientas
Prensas Mecnicas (biela-cigeal) PROBLEMAS DE GUIADO Prensas
Hidrulicas (las ms comunes) HORIZONTALES
- Ms indicadas para piezas largas.
- Inconveniente: el material de partida reposa en la parte
inferior del contenedor, al estar en contacto se enfra ms
rpidamente, dando lugar a un enfriamiento menos uniforme. Esto
puede dar lugar a deformaciones no uniformes (por ejemplo, alabeo
en barras), pudiendo ser necesario utilizar mquinas rectificadoras
al final del proceso.
VERTICALES - Capacidad de hasta 1000 T.
- Mayor facilidad de alineacin del vstago.
- Mayor velocidad.
- Menor espacio.
- Inconveniente: requerimiento de altura.
- Inconveniente: fosos para piezas largas.
- Mayor calidad de acabado y enfriamiento uniforme del
tocho.
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Matrices: suelen ser simtricas para homogeneizar las tensiones.
Se emplean aceros de alta calidad y dureza. Tambin se usan matrices
de carburo de wolframio para grandes series. Ej. Acero aleado 0.35
% carbono, 3 % cromo y 9 % wolframio.
Partes ms importantes:
- Matriz propiamente dicha, con la boquilla de seccin
adecuada.
- Contra-matriz: ayuda a la matriz a soportas las presiones (se
renueva con menor frecuencia, ya que sufre menos desgaste).
- Porta-matriz: facilita la fijacin entre la matriz y el
contra-matriz.
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5.2. Clasificacin de los procesos de extrusin 5.2.1. En continuo
Extrusin directa: el pistn es el nico elemento que se mueve.
Transmite la presin al material que fluye, por el otro extremo, en
el mismo sentido de avance del pistn. Extrusin indirecta: el cuerpo
est completamente cerrado. El orificio de salida se encuentra en el
propio pistn. El pistn avanza, la presin se transmite al material
por todo el cuerpo. El material fluye en sentido contrario al del
pistn. (El pistn admite menos presiones). Extrusin Hidrosttica: el
material est sumergido en el seno de un fluido (aceite). La presin
es transmitida al material a travs de dicho fluido. 5.2.2. En
discontinuo Extrusin por Impacto: cada bajada del pistn corresponde
a una pieza. El material de partida es una pastilla o disco.
5.3. Ventajas e inconvenientes de la extrusin
- Se obtienen piezas casi acabada - Se aumenta la resistencia en
un 60% - Automatizable - Produccin rpida - Se obtienen grandes
reducciones
- Instalacin costosa - Requiere un estudio muy profundo de la
matriz
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6. Estirado y trefilado Procesos de conformado plstico donde la
solicitacin predominante es la traccin . Consiste en hacer pasar el
material por un orificio calibrado, consiguiendo as su
alargamiento. Generalmente se trabaja en fro, aumentando la dureza
y la resistencia de la pieza y mejorando el acabado superficial;
tambin mejora las tolerancias dimensionales. Recordemos que en los
procesos de forja, laminacin y extrusin la solicitacin predominante
era de compresin. Los procesos de estirado y trefilado son muy
similares, refirindose el trefilado a la obtencin de alambre:
ESTIRADO TREFILADO Barras de 4 a 6 m Dimetro > 10 mm Perfiles
con espesor 3 mm aprox
Materia prima
Tubos
Redondos de dimetro de 5-8 mm
Objetivo Calibrar, endurecer Dar forma
Adelgazar el material
Realizacin 1 pasada (40% reduccin mx)
Varias pasadas (hasta 1000/1 de reduccin)
6.1. Operaciones en estirado Estirado: hacer pasar el material a
travs de una o varias matrices, hasta conseguir la forma deseada.
6.1.1. Operaciones preparatorias
- Afilado: permite introducir el extremo de la barra en el
orificio de la hilera y poder sujetarlo con la mordaza para
estirar. Procedimientos:
o Forja: en caliente y con martillo.
o Forja rotativa: martillo de 2 o 4 mazos,
ayudados por la fuerza centrfuga al girar, son proyectados hacia
el centro al pasar por los rodillos fijos situados en la periferia.
La barra a afilar se sita en el centro (2000 golpes/min).
o Laminacin.
o Torno.
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
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o En los bancos modernos no es necesario realizar el afilado, ya
que disponen de dispositivos que obligan a la barra a introducirse
en la hilera lo suficiente para ser atrapado por la mordaza.
- Decapado: Objeto: eliminar el xido. Se suele realizar una
limpieza superficial
mediante solucin de cido sulfrico al 20%. Elimina el xido de la
superficie. Posteriormente se baa en xido de cal, lo que detiene el
ataque del cido y sirve de lubricante.
6.1.2. Estirado Se realiza en los bancos de estirar formados por
una bancada con una cabeza portahilera, un carro de traccin
provisto de una mordaza para sujetar la barra y aplicar el esfuerzo
de traccin, y un dispositivo para desplazar el carro (cremallera,
cadena sin fin, cilindro y pistn)
La pieza fundamental es la HILERA, su perfil longitudinal se
puede dividir en:
- Embocadura: ngulos redondeados que facilitan el acceso de la
barra.
- Seccin de reduccin (tronco-cnica): donde se consigue la
reduccin y estirado del material.
- Seccin de calibrado (cilndrica): se ajusta el dimetro final de
la barra.
- Cono de salida: tronco-cnico de 30 normalmente.
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
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6.1.3. Operaciones de acabado
- Corte de los extremos. - Recocido: para eliminar acritud si se
desea. - Enderezado - Pulido
6.2. Operaciones en trefilado Caso particular del estirado,
donde se persigue la consecucin de alambre de dimetro reducido.
Para ello se realizan varias pasadas del material. Las operaciones
son muy similares. 6.2.1. Operaciones preparatorias
- Afilado: permite introducir el extremo de la barra en el
orificio de la hilera y poder sujetarlo con la mordaza para su
trefilado. Procedimientos:
o Martillo o Laminacin.
- Soldado: permite proceso en continuo sin tener que realizar el
afilado repetidas
veces.
- Decapado: Objeto: eliminar el xido. Por medios mecnicos o
qumicos. Siempre se debe evitar los xidos en operaciones de
conformado plstico en fro, ya que el xido es muy duro y poco
plstico.
6.2.2. Trefilado Se realiza en mquinas de trefilar:
- Devanadora: se coloca el rollo del redondo. - Hilera: de acero
al cromo o metal duro. Similar a la de estirado. - Bobina de
arrastre o tambor: tira y recoge el alambre.
Velocidad mx 1500 m/min.
- Mquinas simples: una sola hilera - Mquinas mltiples: varias
hileras de boquilla decreciente.
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 2
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6.2.3. Operaciones de acabado
- Corte de los extremos. - Recocido: para eliminar acritud si se
desea. - Rectificado (elimina xido superficial), Galvanizado con
cinc, Esmaltado con
barnices o Pulido, niquelado o cromado.
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TECNOLOGA MECNICA TEMA 3
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3 TEMA 3: CONFORMADO DE CHAPA
1. Introduccin El conformado de chapa fina ha adquirido un
notable desarrollo en los ltimos aos, principalmente debido a la
extensa variedad de aplicaciones en la fabricacin de piezas
(carroceras de automviles, aviones, aparatos electrodomsticos).
Principales causas del desarrollo:
- Economa de la fabricacin de las piezas de chapa por estampacin
(para
grandes series).
- Uniformidad de las caractersticas mecnicas (no existe
transformacin trmica).
- Excelente acabado superficial.
Las condiciones, previas al conformado, que deben cumplir las
chapas metlicas, para obtener los mejores resultados son:
- Superficies sin defectos.
- Espesor uniforme.
- Caractersticas uniformes del material. Las chapas ms usadas
son de acero, aluminio y latn. La operacin ms importante es la
estampacin , que a su vez se puede descomponer en las siguientes
operaciones bsicas:
- Punzonado y Troquelado.
- Doblado y curvado.
- Embutido. Otras operaciones, que no estn incluidas en el
estampado, pero que pueden tener su importancia en algn momento del
proceso de fabricacin, son el entallado o repujado y el cizallado.
En este tema complementario se van a estudiar, ms detalladamente,
las operaciones bsicas en las que se descompone el estampado.
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2. Punzonado y troquelado El punzonado o perforacin de chapa
consiste en una operacin que, con los tiles adecuados, permite
obtener figuras geomtricas, en una superficie plana, ms o menos
complejas y de forma instantnea.
Fig. 1. Punzn y matriz (Izq.). Agujero punzonado ( dcha.) Son
operaciones de cizallado. Las cuchillas tienen forma de lneas
cerradas, siguiendo el borde del punzn y la matriz. El punzonado y
troquelado son operaciones prcticamente iguales, slo se diferencian
en que, en el punzonado el trozo recortado es el desperdicio,
mientras que en el troquelado , el trozo recortado, es la pieza a
producir o troquel. Existe una relacin mnima entre el dimetro de la
pieza cortada y el espesor para que no rompa el punzn. sta para
aceros es de e/D=1.2. Si se emplean materiales de menor resistencia
puede aumentarse este lmite. 2.1. ngulo de escape Cuando el punzn
recorta la pieza, sta al recuperarse elsticamente puede quedar
energticamente atrapada en el agujero de la placa matriz. Para
evitarlo, el contorno de la matriz aumenta progresivamente, de esta
forma se facilita la expulsin del material recortado. ste aumento
se denomina ngulo de escape, y oscila entre 1 y 6.
Fig. 2. ngulos de Escape
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2.2. Fuerza de punzonado El punzn durante su avance debe
enfrentarse a tres resistencias:
- Resistencia opuesta por la estructura molecular del
material.
- Tensiones elsticas del material.
- Resistencia a la expulsin de la pieza por rozamiento. La
fuerza de corte va a ser funcin del permetro de la pieza, del
espesor y de la resistencia al cizallado:
sKesF = donde: s, desarrollo de la periferia de la pieza a
cortar, en mm. e, espesor, en mm. Ks, resistencia a la cizalladura,
en kg/mm2. La tensin o resistencia de cizalladura puede
relacionarse con la de traccin mediante la siguiente expresin:
utsK 5.0= Para chapas de acero suave se puede considerar Ks =
200 N/mm
2. 2.3. Espesor mximo de corte en funcin del dimetr o Los
punzones suelen construirse de acero rpido o fundido y tratado, con
una resistencia a la traccin de aproximadamente de 2000 N/mm2. Se
fija una tensin mxima de trabajo de compresin de p = 500 N/mm
2, manteniendo un coeficiente de seguridad sobre el lmite
elstico del punzn. Para el caso de un corte circular, de dimetro d,
la fuerza de cizalladura es:
sc KedF = Por otro lado, la fuerza de compresin (Rpunzn) que es
capaz de soportar el punzn debe ser superior a la fuerza de
cizalladura que debemos aplicar:
cp Fd = 4
R2
Punzn
De donde se obtiene que el dimetro del punzn debe cumplir lo
siguiente:
p
s
punzn
Ked
4
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Reemplazando por los valores numricos de resistencia anteriores
(Ks = 200 N/mm2 y
p = 500 N/mm2), se obtienen la siguiente relacin entre el
espesor de chapa y el dimetro
del punzn:
6.1
punznde
Es decir, e/D 0.625, mucho ms restrictivo que la recomendacin
anterior. 2.4. Trabajo de corte Si suponemos que la fuerza es
constante durante todo el punzonado, el trabajo de corte ser el
producto de la fuerza por la carrera de corte, en general el
espesor de la chapa. Se suele multiplicar por un factor X, entre
0.5 y 0.8, pues en realidad la fuerza de corte no es constante.
eFXA = 2.5. Disposicin de figuras , Este procedimiento suele
estar ligado a la produccin de grandes cantidades de piezas en
chapas de grandes dimensiones. Para minimizar el coste unitario por
pieza, es necesario optimizar la cantidad de material til de la
chapa. Para ello, en cada caso, habr que realizar un estudio
exhaustivo de la disposicin de las piezas en la chapa.
Fig. 3. Ejemplo disposicin figuras 2.6. Caractersticas del punzn
y de la placa matri z Los punzones son rganos mviles de corte en
las matrices, estos adoptan la forma de la figura total o
parcialmente. Estn sujetos a una placa portapunzones. Trabajan
contra la placa matriz. Estn sujetos al carro de la prensa mediante
el macho y son guiados por la placa mediante unas guas.
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Fig. 4. Matriz Tpica
Fig. 5. Ejemplos de punzones y matrices
La placa matriz es aquella en la que se encuentra tallada, de
forma exacta, la figura de la pieza a obtener. Es el elemento que
ms esfuerzo soporta. En el caso de mquinas CNC, que permiten
trabajar a una velocidad de 200 agujeros/min, las punzonadoras
constan de:
- Mesa, sobre la que se desliza la chapa. - Carro portamordazas
que sujeta la chapa. Permite el movimiento longitudinal y
transversal. - Bastidor, estructura rgida de la mquina. - Centro
de punzonado. Portaherramientas fijo montado sobre una torre
circular
giratoria. Unos cilindros neumticos oprimen la chapa contra la
mesa antes del punzonado.
Fig. 6. Punzones con extractor (Izq.) y matriz con placa gua de
punzones (dcha.)
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3. Doblado y curvado El doblado y curvado son dos operaciones
que las que no se modifica el espesor de la chapa una vez
conformada. Se puede producir mediante:
- Flexin: con fuerzas de compresin y traccin aplicadas desde
fuera. - Mediante Torsin.
Algunos procedimientos de doblado son:
- Doblado sin estampa. - Doblado o curvado en redondo. - Doblado
con estampa. -
Los radios de unin que se recomiendan son:
- 1 a 2 veces el espesor de la chapa para materiales dulces. - 3
a 4 veces el espesor de la chapa para materiales duros.
Hay que tener en cuenta, que como los metales son elsticos, al
cesar la accin de doblado o curvado tienden a recuperar su forma
primitiva. Esta tendencia es mayor cuanto ms duro sea el material.
Debido a esto, habr que proyectar un ngulo de doblado algo ms agudo
al deseado, de forma que una vez se recupere el material quede el
ngulo deseado. 3.1. Esfuerzos desarrollados en el doblado Cuando
una lmina se coloca sobre la matriz de plegado, se comporta, en
muchos casos, como un slido apoyado en sus extremos. En el caso ms
simple, se puede usar la siguiente frmula:
l
sbF d
3
2 2=
donde: F = esfuerzo en kg. d = solicitacin a la flexin en
kg/mm
2. (d=3 r) b = longitud de doblado, en mm. s = espesor de la
chapa, en mm. l = distancia entre los apoyos de la plancha.
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4. Embuticin Operacin cuya finalidad es convertir una chapa
plana en un cuerpo hueco. Se realiza mediante una estampa de
embuticin, compuesta de:
- Matriz , forma el hueco al que debe adaptarse la chapa.
- Punzn , empuja la chapa, adaptndola al hueco.
- Pisador o sujeta chapas , presiona el borde de la chapa contra
la matriz, evita que se formen arrugas, pero sin sujetarla. La
chapa debe fluir conforme baja el punzn.
Fig. 7. Distintos tipos de prensa para embuticin Durante el
proceso se produce un complejo sistema de fuerzas de traccin y
compresin que componen el flujo o corrimiento del material. Para
embutir piezas muy profundas deben usarse punzones de seccin muy
pequea en relacin con las dimensiones iniciales de la chapa. Cuanto
mayor sea esta diferencia mayor ser el esfuerzo necesario. No se
recomienda embutir en una operacin profundidades superiores a un
radio de la pieza. Para piezas ms profundas se debe hacer en varias
operaciones, siendo n el nmero de operaciones (d, dimetro del
punzn; h, profundidad o altura de embuticin):
- d
hn 2= , para piezas de pequeo dimetro.
- d
hn 3= , para piezas de gran tamao.
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4.1. Determinacin del dimetro de la chapa Existen varios mtodos
para determinar el dimetro original de la chapa a embutir:
- Determinacin Grfica: se descompone el contorno en longitudes
fciles de calcular.
- Determinacin analtica. - Tablas de reas ms comunes.
Fig. 8. Corte a medida de diversas piezas embutidas
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4.2. Recipientes cilndricos En general, se suele relacionar el
rea del disco de partida con la superficie exterior de la pieza a
obtener. Para cilindros de dimetro interior d y altura exterior h,
el dimetro del corte es aproximadamente:
( )dhD += 1.1 La determinacin grfica se puede realizar mediante
las siguientes figuras:
Fig. 9. Determinacin del corte a medida de piezas cilndricas
Para cuerpos no simtricos, se determina subdividiendo el cuerpo
en partes sencillas.
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4.3. Relacin de embuticin La mxima relacin de estirado depende
de:
- Resistencia del material. - Dimensiones y espesor de la chapa.
- Presin, friccin.
Cuando el trabajo exige un elevado grado de deformacin de la
chapa, superando la mxima deformacin admisible, ser necesario
realizarlo en varias etapas, con distintas relaciones de embuticin
(usando dimetros de punzn distintos). Tendremos:
- D = dimetro del disco. - d1dn = dimetros del punzn en cada
caso. - 0 = D/d = Relacin de embuticin de estirado nico. - m0 = d/D
= Factor de embuticin mnimo (1/ 0).
En cada paso debe cumplirse lo siguiente:
d0 = D/0 o d0 = m0 D d1 = d0/1 o d1 = m1 d0
dn = dn-1/n o dn = mn dn-1
Para determinar la relacin de embuticin lmite o mxima, y/o el
factor de embuticin mnimo en chapa de acero estndar se puede
recurrir al siguiente grfico.
Fig. 10. Relacin lmite de embuticin en estirado nico
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4.4. Fuerza necesaria para la embuticin El clculo es muy
complicado, sobre todo para piezas de formas irregulares. Para el
caso ms sencillo, recipiente cilndrico de fondo plano, se tiene
que:
rnerF = donde: r = carga de rotura del material. n = coeficiente
en funcin de Ddisco y dpunzn. r = radio del punzn + e/2. e =
espesor de la chapa. Otros autores recomiendan usar la siguiente
ecuacin:
utsdnF = donde: ut = resistencia a traccin del material. d =
dimetro del punzn s = espesor de la chapa. d = permetro del punzn
(mm). n = relacin entre la resistencia a traccin y a la deformacin
por embuticin (e/ut)
lnF
fn
e
K=
donde: Kfn = resistencia media a la deformacin en el mximo de
fuerzas. F = rendimiento de embuticin. El clculo analtico de n o de
la resistencia a la deformacin por embuticin es muy complicado.
Para solucionarlo, se recurre a simplificaciones numricas o a la
resolucin grfica: En general es vlida la expresin:
1
12.1
max
0
=
n
O bien, se puede usar el siguiente grfico:
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Fig. 11. Fuerza de embuticin para piezas cilndric as en estirado
nico.
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4 TEMA 4: MECANIZADO MEDIANTE ARRANQUE DE VIRUTA
1. Introduccin El mecanizado o conformado por arranque de viruta
es un procedimiento que permite modificar formas, dimensiones y/o
el grado de acabado superficial de piezas obtenidas con otros
procesos de fabricacin. Esta transformacin o modificacin se realiza
arrancando capas de metal (o creces de mecanizado) que se
transforman en viruta. Este tipo de operaciones suelen realizarse
en piezas fabricadas mediante fundicin, deformacin plstica para
perfeccionar las cotas y el acabado superficial. El mecanizado no
se debe entender como la solucin nica para obtener una determinada
geometra, debido al elevado coste que supone el arranque excesivo
del material. El mecanizado debe combinarse con otros procesos de
fabricacin. Otro aspecto importante a tener en cuenta es que las
propiedades mecnicas que se consiguen mediante mecanizado son muy
inferiores a las que se consiguen con la deformacin plstica,
sobretodo por la orientacin de los granos segn la geometra externa
que se consigue con el conformado plstico, frente a su corte.
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2. Movimientos de corte, avance y penetracin Movimiento de Corte
: es el responsable del proceso de eliminacin del material. Lo
puede realizar la pieza o la herramienta. Este movimiento consume
la mayor parte de la potencia necesaria para realizar el trabajo.
Movimiento de Avance : permite que en la zona de corte haya nuevas
partes de la pieza a mecanizar hasta que se completa la operacin o
la pasada correspondiente. Lo puede realizar la pieza o la
herramienta. Pueden existir varios movimientos de avance
simultneos. Movimiento de Penetracin : asegura la interferencia
entre la pieza y la herramienta, para que pueda existir la
eliminacin del material, y asegura que la pieza tenga la dimensin
adecuada despus de cada pasada. Suele ser un movimiento
intermitente, que se efecta cuando no se est produciendo el
arranque de material, es decir, antes de comenzar una operacin
elemental de mecanizado.
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3. Propiedades generales de la viruta Viruta : se define viruta
como el exceso de material eliminado en los procesos de mecanizado.
Propiedades :
- Es siempre de material ms duro y frgil que la pieza.
- Puede distinguirse a simple vista la zona de la viruta que ha
estado en contacto con la cara de desprendimiento (brillante y
pulida) de la zona opuesta (rugosa).
- El espesor de la viruta es siempre mayor que el espesor terico
de la viruta o
espesor de viruta indeformada. Al mecanizar materiales frgiles
(o materiales dctiles a bajas velocidades) se obtiene una viruta
discontinua (fragmentos de material de corta longitud). La viruta
est poco tiempo en contacto con la cara de desprendimiento, la
longitud de contacto es baja. Esto permite seleccionar ngulos de
desprendimiento muy bajos. Al mecanizar materiales tenaces con
altas velocidades de mecanizado la viruta formada es continua o
plstica. Por tanto, la longitud de contacto con la cara de
desprendimiento es elevada, siendo necesario operar con ngulos de
desprendimiento elevados para disminuir el rozamiento y desgaste de
la herramienta. En materiales dctiles, trabajados a velocidades
intermedias, puede aparecer el denominado Filo de Recrecido o
Aportado . El material de la pieza se adhiere a la herramienta,
actuando como prolongacin del filo de corte. Se obtiene una viruta
menos discontinua, pero con ondulaciones en la cara mecanizada. Se
debe evitar , pues tambin va a afectar a la vida til de la
herramienta y a las fuerzas de mecanizado.
4. La herramienta de mecanizado 4.1. La herramienta elemental La
herramienta de corte ms sencilla es la cuchilla recta, formada por
una barra de seccin cuadrada, con un extremo afilado en forma de
cua.
Fig. 1. Herramienta Elemental
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Cara de desprendimiento : cara sobre la que desliza la viruta
separada de la pieza. Cara de incidencia : cada de la herramienta
que queda enfrentada a la superficie ya mecanizada de la pieza.
ngulo de desprendimiento ( ): ngulo formado entre la cara de
desprendimiento y la normal a la superficie mecanizada. Parmetro
muy importante en la formacin de la viruta, pues el arranque de la
viruta se provoca por la accin combinada del filo de corte y la
cara de desprendimiento. La cara de desprendimiento es la que
determina la deformacin plstica del material, provocando la
separacin de la viruta. La eleccin de este ngulo depende del tipo
de viruta que se forma:
- Viruta continua (en forma de hlice). Tpicas de materiales
tenaces (aceros dulces, aluminios, aleaciones ligeras). Existe
mayor rozamiento con la cara de desprendimiento, se produce mayor
calor. Para reducir este efecto se suele trabajar con ngulos
grandes (10 - 40).
- Viruta discontinua . Tpicas de materiales duros y/o frgiles.
Generan menos
rozamiento (0-10) A mayor ngulo, menor ngulo de herramienta, por
lo que sta se debilita. Para materiales duros no se puede trabajar
con ngulos excesivos de desprendimiento. A veces da buenos
resultados trabajar con ngulos negativos. ngulo de incidencia ( ):
ngulo formado entre la cara de incidencia y la superficie de la
pieza mecanizada. Evita el roce del taln de la herramienta con la
cara mecanizada. Despus del arranque del material, la parte de la
pieza liberada de la presin de la herramienta tiende a dilatarse
por su propia elasticidad. Si este ngulo fuese nulo, la herramienta
rozara con la superficie de la pieza, provocando el calentamiento
de la herramienta y empeorando la calidad superficial. Siempre debe
existir un ngulo de incidencia positivo . Debe de ser lo menor
posible para no debilitar la herramienta. Una vez que se ha
conseguido que la herramienta no contacte con la cara mecanizada,
no tiene sentido seguir aumentando ste ngulo. Valores habituales,
para acero rpido entre 6-14 y para metal duro 5-12. ngulo de la
herramienta ( ): ste ngulo depende de los anteriores, y no debe ser
demasiado pequeo para asegurar la integridad de la herramienta:
)(90 +=
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4.2. Formacin del filo de recrecido Es un problema importante,
pues afecta a las fuerzas de corte, al acabado superficial y a la
duracin de la herramienta. Para la gran mayora de los materiales se
puede dibujar la curva acabado superficial o rugosidad /Velocidad
de corte:
Fig. 2. Rugosidad Velocidad Corte Nakayama (1957) estudi las
causas de la formacin del filo de recrecido y concluy que est
relacionado con la temperatura y la velocidad de corte. El filo de
recrecido desaparece cuando se alcanzan temperaturas superiores a
las de recristalizacin del material a mecanizar. Estudios
posteriores han mostrado tres fenmenos relacionados con la formacin
del filo de recrecido:
- Aumenta:
o ngulo de desprendimiento efectivo () o ngulo de cizalladura
(). o espesor de la viruta indeformada (h i).
- Recalcado superficie mecanizada.
NOTA: la formacin del filo de recrecido es peridico, a
intervalos de tiempo irregulares se desprende el filo formado
inicindose un nuevo ciclo.
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4.3. La herramienta real monofilo Hasta ahora se ha considerado
el corte ortogonal o corte plano . La mayora de los procesos se
realizan en situacin de corte oblicuo o tridimensional , donde el
filo de corte forma cierto ngulo de inclinacin con respecto al
ortogonal, pues resulta ms efectivo.
Fig. 3. Corte ortogonal (Izq.) Corte oblicuo (dcha. ) Esta
situacin tampoco suele ser la real. Normalmente el filo de corte no
est contenido en el mismo plano de la superficie mecanizada, sino
en el relativo a la superficie en curso de mecanizacin.
Fig. 4. Corte real (Izq.) Seccin del corte en un p lano
perpendicular al filo de corte (dcha.)
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4.4. Enlace del filo principal y el filo secundario Puede
realizarse con arco de crculo o con un chafln del ngulo de unin.
Enlace con un arco de crculo : puede ser tangente a los dos filos o
estar desplazado para disminuir la presin sobre la superficie
trabajada. Depende de:
- El material de la cuchilla: cuanto menor sea el radio, mayor
ser la concentracin de temperatura en la punta. Segn la resistencia
a la temperatura del material menor o mayor deber ser el radio.
- El avance por vuelta: el radio suele ser igual a cuatro veces
el avance por
vuelta.
- La profundidad de corte: se recomienda el radio sea igual a la
cuarta parte de la profundidad.
Fig. 5. Enlace con arco de crculo
Inconvenientes: produce viruta de espesor no uniforme, ms
delgado hacia la punta. Esto genera vibraciones si el radio es muy
grande. Enlace con chafln : sistema ms adecuado. Consiste en
achaflanar la punta con un ngulo de unos 5, para metales blandos, y
10, para metales duros. Este chafln adelgaza la viruta de forma
uniforme. En realidad se forma un tercer filo.
Fig. 6. Enlace con chafln
Ventajas:
- Menor fuerza de corte al generar viruta ms delgada. - No
vibraciones. - Menor potencia consumida
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5. Vida til de la herramienta 5.1. Mecanismos de desgaste La
duracin de la herramienta es un factor clave desde el punto de
vista econmico. La prdida en la capacidad de corte puede producirse
de dos maneras:
- Progresivamente, por desgaste . Tres mecanismos:
o Desgaste por adhesin : se produce al romperse las
microsoldaduras existentes entre el material de la viruta y el de
la herramienta, en la cara de desprendimiento. Al fracturarse estas
soldaduras se desprenden pequeos fragmentos del material de la
herramienta. Si existe rozamiento entre la cara de incidencia y la
superficie mecanizada de la herramienta, se produce este desgaste,
pasando fragmentos de material de la herramienta a la cara
mecanizada.
o Desgaste por abrasin : partculas endurecidas de la viruta
deslizan por
la cara de desprendimiento de la herramienta, eliminando pequeas
cantidades de material de la herramienta.
o Desgaste por difusin : tomos de una red cristalina de una
regin de
alta concentracin, se desplazan, siempre a altas temperaturas, a
otra regin de concentracin atmica menor.
- Instantneamente, por desmoronamiento o fallo catastrfico :
rpido deterioro
de la arista de corte despus de un periodo de corte bien
ejecutado. Suele deberse a la combinacin de los esfuerzos de corte
y elevadas temperaturas (importancia de la lubricacin y
refrigeracin). No debe confundirse con la rotura prematura de la
herramienta debido a algn defecto de sta o por causas externas.
5.2. Zonas de desgaste Desgaste en incidencia : ocasionado por
el rozamiento entre la superficie mecanizada y la cara de
incidencia de la herramienta. Se genera una franja de desgaste.
Desgaste en desprendimiento : en la zona de contacto de la viruta y
la cara de desprendimiento de la herramienta. Suele ajustarse a la
forma de la viruta, forma el denominado crter.
Fig. 7. Zonas de desgaste
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5.3. Duracin o vida til de la herramienta La duracin o vida til
de la herramienta es vital desde un punto de vista econmico. Los
estudios e investigaciones en este mbito se han dirigido tanto al
fenmeno de formacin de la viruta, como a la eleccin de las
condiciones adecuadas para asegurar una larga vida til a la
herramienta. Definiciones segn la norma UNE 16-148-85,
correspondiente a la ISO 3685-1977:
- Desgaste de la Herramienta: modificacin de la geometra de
corte de la herramienta, con relacin a su geometra original, que
tiene lugar durante el corte y que es debida a la prdida progresiva
del material de la herramienta.
- Medida del Desgaste de la Herramienta: dimensin medible que
permite
cuantificar el valor de desgaste.
- Criterio de Duracin de la Herramienta: valor lmite
preestablecido en la medida del desgaste de la herramienta, o la
aparicin de un determinado fenmeno o circunstancia. Suele
denominarse tambin criterio de desgaste.
- Duracin o Vida de la Herramienta: tiempo de corte, para unas
condiciones de
mecanizado dadas, necesario para alcanzar un criterio de duracin
de la herramienta.
5.3.1. Medida del desgaste de la herramienta Desgaste de
Incidencia (a medir en la zona media del filo de corte):
Ancho medio de la zona de desgaste VB Ancho mximo de la zona de
desgaste VBmax
Desgaste en desprendimiento: Profundidad del crter KT Cotas KB y
KM
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Fig. 8. Medidas del Desgaste
Con criterios econmicos, el desgaste en incidencia es el
principal factor a tener en cuenta. Slo a muy altas velocidades de
corte cobra importancia el desgaste en la cara de desprendimiento.
5.3.2. Criterios de desgaste La evolucin del desgaste es
progresiva, en la cara de incidencia suele seguir la siguiente
evolucin.
Fig. 9. Evolucin Desgaste de Incidencia ZONA A: desgaste inicial
rpido de la herramienta. ZONA B: desgaste ms lento, casi lineal.
ZONA C: aumenta la velocidad de desgaste, hasta inutilizar la
herramienta. Debe de fijarse un criterio de desgaste que evite
entrar en la zona C. Para el ejemplo dado, se podra establecer VB
medio
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- VBmx = 0.6 mm, si el desgaste es irregular. 5.3.3. Vida de la
herramienta A veces interesa expresarlo en unidades diferentes al
tiempo. Las unidades ms empleadas son:
- Tiempo de corte. - Tiempo total por componente, de inters para
la Unidad de Mantenimiento. - Volumen de material arrancado, inters
cientfico. - Cantidad de piezas producidas, inters para el operario
y costes. - Velocidad de corte equivalente, para catlogos y
comparacin de herramientas.
5.3.4. Ecuacin de Taylor F.W. Taylor (1906) efectu largas series
de ensayos sistemticos, variando la velocidad de corte y
manteniendo constante todos los dems parmetros del proceso.
Consider como criterio de duracin el desmoronamiento del filo de la
herramienta. Obtuvo una ecuacin de vida de la herramienta que se
usa an en la actualidad.
CTv n =
CTnv logloglog =+ donde: v, velocidad de corte (m/min) T,
duracin de la herramienta (min) C, constante que expresa la
velocidad de corte para una duracin unitaria de la
herramienta, indicador de la maquinabilidad del material de la
pieza. n, factor que depende del material
Fig. 10. Ecuacin Taylor El factor n expresa la pendiente de la
recta logartmica, conociendo dos pares de valores (v, T) se puede
determinar:
21
12
loglog
loglog
TT
vvtgn
==
-
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Valores normales del exponente n: acero rpido 0.15, metal duro
0.30 y cermica de corte 0.70. Investigaciones posteriores han
mostrado vlida estas ecuaciones para el mecanizado de aceros suaves
y aleaciones de buena maquinabilidad, en condiciones de vida de la
herramienta entre 10 y 50 minutos. Para piezas de elevada
resistencia, sobretodo con herramientas de elevada vida, no se
ajustan bien.
6. Maquinabilidad La mayora de los metales y sus aleaciones
pueden conformarse por arranque de viruta, sin embargo en algunas
ocasiones es necesario aplicarle a estos un tratamiento trmico
previo, debido a que no todos los materiales se dejan trabajar con
igual facilidad, o sea que no tienen la misma maquinabilidad. La
maquinabilidad se define como la aptitud de los materiales para ser
conformados por mecanizado mediante arranque de material o viruta.
Se evala mediante la realizacin de una serie de ensayos en los que
se determina las siguientes caractersticas:
- La duracin del afilado de la herramienta. - La velocidad de
corte para una determinada duracin de la herramienta. - La fuerza
de corte en la herramienta / potencia. - El trabajo de corte. - La
temperatura de corte. - La produccin de viruta. - Acabado
superficial.
Experimentalmente se ha comprobado, para acero, que la
maquinabilidad depende de los siguientes factores:
- Composicin qumica del material. - Tipo de microestructura
(constitucin). - Inclusiones que contengan (partculas de material
dentro de la estructura). - Dureza y resistencia (materiales
blandos se mecanizan a mayor velocidad). - Ductilidad y acritud
(los materiales se mecanizan mejor cuanto ms elevada sea
la relacin: Lmite elasticidad/Resistencia Mecnica). - Tamao del
grano (el aumento del tamao del grano facilita el mecanizado). -
Conductividad trmica. - Presencia de aditivos libres.
Ej. Aceros: gran variedad de maquinabilidad, disminuyendo con
forme aumenta el porcentaje de carbono (aumenta la dureza, y el
filo de la herramienta dura menos).
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7. El torno
El torneado genera formas cilndricas con herramientas de un solo
filo de corte. Movimiento de corte : rotativo la pieza. Movimiento
de avance : lineal la herramienta. Movimiento de penetracin :
lineal la herramienta. El cabezal proporciona el par necesario para
hacer girar la pieza y producir el corte, consume la mayor parte de
la potencia del proceso. El carro portaherramientas es el
responsable del movimiento de avance y de presentacin de la
herramienta. El carro portaherramientas se divide a su vez en el
carro longitudinal, que apoya sobre la bancada. y el carro
transversal, que apoya sobre el anterior. Partes del torno
tradicional:
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Existen tres tipos de herramientas:
- Herramientas enterizas - Herramientas de plaquita soldada -
Herramientas de plaquita
intercabiable.
Sujecin de la herramienta : torreta portaherramientas Se
distingue entre dos clases de trabajo:
- Operaciones de desbaste : arrancar un volumen de metal tan
eficientemente como sea posible. El mayor requerimiento es la
resistencia del filo de corte.
- Operaciones de acabado : el volumen de metal arrancado es
menor. Tiene por
objetivo obtener unas superficies que cumplan con unas
exigencias de rugosidad y de tolerancias impuestas.
Principales operaciones en torno:
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Sujecin de la pieza : se realiza mediante los denominados platos
de garras.
Tipos de sujecin:
1. Sujecin al aire : la pieza se sujeta por uno de sus extremos,
el plato de garra es el responsable de transmitir el movimiento de
giro a la pieza. Es vlido para piezas poco esbeltas. La pieza se
puede asimilar a una viga empotrada.
2. Sujecin entre plato y punto : la pieza se sujeta por unos de
sus extremos
mediante el plato de garras, el otro extremo queda apoyado en un
punto (contrapunto ). El plato de garras transmite el movimiento de
giro a la pieza. Admite piezas semi-esbeltas. La pieza se puede
asimilar a una viga empotrada y apoyada.
3. Sujecin entre puntos : la pieza queda apoyada en contrapuntos
en sus dos
extremos. El movimiento de giro se transmite a la pieza mediante
una mordaza en un punto intermedio. Admite piezas semi-esbeltas. La
pieza se puede asimilar a una viga doblemente apoyada.
Contra puntos
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Tipos de platos de Garras:
Tipos de cuchillas segn operacin:
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8. La fresadora
FRESADO: movimiento coordinado entre una herramienta rotativa
con varias puntas y un avance recto de la pieza. El fresado es una
operacin de corte ininterrumpido: los dientes de la fresa entran y
salen del trabajo durante una revolucin. Los dientes se ven
sometidos a fuerzas de impacto y choque trmico en cada rotacin. El
material de la herramienta y la geometra del cortador deben
disearse para soportar estas condiciones. Movimiento de corte :
rotativo y por parte de la herramienta. Movimiento de avance :
rectilneo y por parte de la pieza y/o la herramienta. Movimiento de
penetracin : rectilneo y por parte de la herramienta. Ventajas
:
- Alta eficiencia del mecanizado. - Buen acabado superficial. -
Precisin y flexibilidad en la produccin de formas.
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TIPOS DE FRESAS
1. Segn tipo dentado:
a. Dientes Fresados : de perfil casi triangular. b. Dientes
destalonados : de perfil casi rectangular. c. Dientes Postizos :
soldados o atornillados.
2. Segn el nmero de cortes:
a. Fresas de un corte : slo tienen una cara activa, bien por la
periferia o por un lateral. Ej. Fresa Cilndrica.
b. Fresas de dos cortes : tienen dos caras activas.
c. Fresas de tres caras : tienen tres superficies cortantes. Las
ms corrientes
son las cilndricas y las de disco con dientes tanto en la
periferia como en las dos superficies laterales.
3. Segn su forma:
a. Cilndricas : pueden tener el dentado recto o helicoidal. Para
mejorar la
eficiencia del trabajo se disean con dos hlices de sentido
contrario.
b. Disco : son fresas cilndricas de espesor pequeo.
c. Cnicas : la superficie perifrica tiene forma de tronco
cnico.
d. De forma : tienen su superficie perifrica adaptada a un
perfil especial, que resulta ser el negativo del perfil de la pieza
mecanizada.
e. Compuestas : formadas por la unin de dos o tres fresas
sencillas para
realizar una operacin ms complicada.
f. Madre : especiales para la obtencin de engranajes.
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4. Segn su aplicacin:
a. Fresas de planear : cilndricas o frontales.
b. Fresas de ranurar : Numerosos tipos: i. Ranuras rectas. ii.
Ranuras en T.
iii. Ranuras con cola de milano. iv. Ranuras para chavetas o
chavetero.
c. Fresas de cortar : como las de ranurar pero el dimetro es
mucho mayor
que el espesor de la fresa.
d. Fresas de perfilar : corresponde a las fresas de forma.
e. Fresas para tallar engranajes : i. Fresas mdulo : su seccin
cortante es idntica al intradiente del
engranaje. ii. Fresas Madre : tornillo sin fin, cuya seccin
normal a la hlice tiene la
forma de la cremallera.
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fabricacin. Universidad Nacional de Educacin a Distancia, Madrid. 2
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