Tema 3. Conformación por arranque de material (mecánicos).pdf

Conformación por
arranque de material

Mecanizado por arranque de viruta
Definiciones
Fabricación
Acción y efecto de fabricar. Se realiza en fábricas.
Fabricar
Fábrica
Producir objetos en serie, generalmente por medios mecánicos.
Establecimiento dotado de la maquinaria, herramienta e instalaciones
necesarias para la fabricación de ciertos objetos, obtención de determinados
productos y transformación industrial de una fuente de energía.

Definiciones
Ingeniería
Conjunto de conocimientos y técnicas que permiten aplicar el saber científico a
la utilización de la materia y de las fuentes de energía.
Técnica
Conjunto de procedimientos y recursos de que se sirve una ciencia o un arte.
Diseño Industrial
Actividad proyectual que consiste en determinar las propiedades formales de los
objetos producidos industrialmente.
Las propiedades formales de un objeto son siempre el resultado de la integración
de factores diversos de tipo funcional, cultural, tecnológico y económico.

Definiciones
Innovación
Tecnología
El conjunto de conocimientos propios de un oficio mecánico o arte industrial.
Conjunto de instrumentos y procedimientos industriales de un determinado sector o
producto.
Acción y efecto de innovar. Mudar o alterar las cosas, introduciendo novedades.
El manual de Frascati* (OCDE*, 1992) indica que la innovación es la
transformación de una idea en:
- Un producto vendible nuevo o mejorado.
- Un proceso operativo en la industria y/o en el comercio
- Un nuevo método de servicio social.
* Contiene las definiciones básicas y categorías de las actividades de investigación y desarrollo.
* Organización para la cooperación y desarrollo económico.

Definiciones
Conjunto de procedimientos y conocimientos destinados a producir objetos (piezas
únicas, lotes o series), por diferentes medios (mecánicos, térmicos, eléctricos,
ópticos, u otros, y sus combinaciones).
Lleva consigo el concepto de materialización de una pieza o componente, desde su
definición hasta concepción física y palpable.
La elaboración de un componente aislado se denomina Pieza, y de un conjunto de
componentes ensamblados se denomina Producto.
Ingeniería de Fabricación
Desarrollada por personal técnico cualificado, tiene como función conseguir productos
viables, “con la calidad requerida”, tanto desde el punto de vista técnico como
económico.
Fabricación

Definiciones
Conformación por arranque de material
Procesos de Fabricación que emplean una herramienta de corte y máquina adecuada
para eliminar material de la pieza de trabajo (semielaborado).
El material se extrae en forma de virutas o partículas, dejando visible una nueva
superficie, y repitiéndose la operación hasta alcanzar la forma final deseada (geometría
y acabado).
La herramienta consta, generalmente, de uno o varios filos o cuchillas que separan la
viruta de la pieza en cada pasada.
En el maquinado por arranque de viruta se
dan los procesos de desbaste (eliminación de
mucho material con poca exactitud; proceso
intermedio) y de acabado (eliminación de poco
material con mucha exactitud; proceso final).

q Aplicación a una amplia variedad de materiales
q Capaz de generar cualquier geometría (combinación de operaciones)
q Consigue tolerancias de 1µm y acabados superficiales muy finos.
q Fabrican las herramientas y utillajes para otros procesos
q Procesos complementarios para completar la pieza final (semielaborados procedentes de
cualquiera otro de los procesos de conformación de metales: fusión-moldeo, forja-laminación, Corte o Soldadura).
q Procesos caros para la fabricación en serie aunque son los adecuados para series
cortas o piezas únicas.
Importancia
Los mecanizados por arranque de material están presente de forma directa o
indirecta en la fabricación de cualquier producto.

Importancia
La herramienta con un filo de material de
elevada dureza y resistencia, se pone en
contacto con la pieza de partida, ejerciendo
una fuerza suficiente para provocar la fractura
en el material de la pieza, que normalmente es
de menor dureza y resistencia.
El fallo se encuentra bien localizado en el punto
de contacto entre pieza y herramienta, sin
provocar deformación significativa en el resto
de la pieza de trabajo.

1. Velocidad de corte (V): expresa la rapidez de la
herramienta con relación a la pieza durante el
movimiento de corte o movimiento primario.
Se suele expresar en m/min.
2. Avance (a): expresa la canCdad de material que se
elimina en cada revolución o en cada pasada de la
herramienta.
Es el movimiento mediante el cual la herramienta
encuentra nuevo material para cortar.
Se suele expresar en mm/min.
3. Profundidad (t): expresa la canCdad de penetración en
el material a mecanizar.
Se expresa en mm.
Estos movimientos básicos pueden ser realizados tanto por la herramienta como por la pieza según el
procedimiento uClizado.
Parámetros fundamentales:

Historia de las Máquinas-Herramienta
Capítulo 1:
Máquinas y herramientas: Historia de las máquinas y herramientas
Capítulo 2: Diseño y uso de Máquinas y Herramientas Parte 1
Capítulo 2: Diseño y uso de Máquinas y Herramientas Parte 2
Máquinas-Herramienta

Corte lineal
Movimiento
de la pieza
Cepilladora
Movimiento
de la
herramienta
Limadora
Mortajadora
Brochadora
Corte circular
Giro de la
pieza
Tornos paralelos
Tornos verticales
Tornos al aire
Tornos copiadores
Tornos revolver
Giro de la
herramienta
Taladros de
columna
Taladros radiales
Taladros
fresadora
Taladros múltiples
Fresadora de eje
vertical
Fresadora de eje
horizontal
Fresadora
universal
Fresadora
copiadora
etc
Clasiﬁcación General de Máquinas-Herramienta

Por
electroerosión
Por penetración
Por hilo
Por abrasión
Pulidoras
Esmeriladoras
Rectificadoras
Superficies cilíndricas
Superficies planas
Por ultrasonidos
Corte lineal
Sierras alternativas
Sierras de cinta
Corte circular
Tronzadoras
Seccionado y corte
Mecanizado por arranque de parRculas

Torneado
Fresado
Taladrado
Limado -
cepillado
q Operaciones
Torneado
Fresado
Taladrado
Limado -
cepillado

Corte lineal Movimiento de la Pieza
CEPILLOS
Operaciones básicas
Vídeo
h1ps://www.youtube.com/watch?v=HV1m91v_9Zg

Corte lineal Movimiento de la Herramienta
LIMADORAS
Vídeo
h1ps://www.youtube.com/watch?v=TzAtNtsVHm0

• Ranuras
• Muescas
• Chaveteros
• Cepillado verLcal.
MORTAJADORAS
Vídeo
h1p://www.youtube.com/watch?v=DbnuCnr5Q80

Brochas
BROCHADORAS
Vídeo
h1p://www.youtube.com/watch?v=jbv6KCfHmII

BROCHADORAS

• Refrentado
• Cilindrado exterior
• Cilindrado interior
• Roscado exterior
• Roscado interior
• Ranurado
• Tronzado
•Taladrado frontal
• Moleteado
• Copiado
Corte circular Movimiento de la Pieza
TORNOS
Moleteado y herramienta
Torno copiador
Vídeo
h1ps://www.youtube.com/watch?v=7Y7pPtTutYI

Torno paralelo convencional Torno verLcal
Corte circular Movimiento de la Pieza
TORNOS
Torno CNC de 5 ejes (vídeo)
h1ps://www.youtube.com/watch?v=oGuqDT4yL7w

• Planeado
•Contorneado/Escuadrado
• Ranurado
• Mecanizado de cajeras
• Taladrado
• Roscado con macho
• Avellanado
• Engranajes genéricos
• Mandrinado
• Copiado
Corte circular Movimiento de la Herramienta
FRESADORAS
Planeado
Contorneado y fresado a escuadra
Copiadora
Vídeo
h1ps://www.youtube.com/watch?v=ynmjwmhbpSM

FRESADORAS CONVENCIONALES
Fresadora eje verLcal Fresadora eje horizontal Fresadora universal
Fresadora de 5 ejes de alta velocidad (vídeo)

• Punteado
• Taladrado
• Escariado
• Avellanado
• Roscado con macho
• Trepanado
• Ranurado
• Contorneado
TALADROS
Taladro-Fresadora
Broca de trepanar
Escariadores
Brocas
Avellanadores
Machos de roscar

TALADROS
Taladro fresadora
Taladro radial
Taladro de columna

Corte por seccionamiento Corte Recto-Pequeño Formato
SIERRAS
Sierra circular Tronzadora

Corte por seccionamiento Corte Recto-Gran Formato
SIERRAS
Sierra alternaLva
Sierra de cinta

q Geometría a obtener: deducir los movimientos de la herramienta y de la pieza en
relación a la forma de las distintas superficies del elemento a maquinar.
q Dimensiones de la pieza: los desplazamientos y potencia de trabajo de la máquina-
herramienta deben ser suficientes para las necesidades de la pieza a maquinar.
q Cantidad de piezas a fabricar : elección más adecuada entre las máquinas de tipo
corriente, semiautomático y automático
q Tolerancia requerida
q Acabado superficial
q Costo económico
Elección de la maquina herramienta, según:

Teoría de formación de la viruta
Modelo de corte ortogonal (simplificado).
3. Viruta generada por deformación a cortante en el plano de trabajo
1. Herramienta tiene forma de cuña
2. Filo perpendicular a la velocidad de corte

Definición de la herramienta elemental.
Ø Ángulo de incidencia (α): 4º a 10º
Ø Ángulo de filo (β): 50º a 60º
Ø Ángulo de desprendimiento o de ataque
(γ): 0º a 45º
α + β + γ = 90º

En general, es posible diferenciar inicialmente tres tipos de viruta en
función del tipo de material y de los parámetros de mecanizado.
1. Viruta discontinua. se desprende en segmentos
muy pequeños. Bajas velocidades de corte o
pequeños ángulos de ataque (0° a 10°).
Materiales frágiles, avances burdos.
2. Viruta Continua. permiten el corte sin fractura.
Velocidades de corte relativamente altas, grandes
ángulos de ataque (10º a 30º) y poca fricción
entre la viruta y la cara de la herramienta.
3. Viruta Continua con borde acumulado. bajas
velocidades, alta fricción sobre la cara de la
herramienta. Una delgada capa de viruta queda
cortada de la parte inferior y se adhiere a la cara
de la herramienta.
Las secciones grandes de viruta se obLenen con velocidades pequeñas de corte, con
velocidades grandes sucede lo contrario.

Materiales
Depende de
Metales, plásticos, madera, cerámicos y compuestos. La facilidad de
mecanizado es muy diferente, se evalúa mediante el concepto de
maquinabilidad:
Maquinabilidad: Aptitud de los materiales a ser conformados por
arranque de material.
Fuerza de corte.
Velocidad de corte.
Temperatura generada.
Duración del afilado.
Producción de viruta.
Se producen materiales especiales de fácil mecanización
Composición química
Constitución
Tamaño de grano
Dureza
Inclusiones
Acritud Afecta
De la pieza de trabajo

HerramientasCaracterísticas funcionales.
Instrumento que por su forma especial y por su modo de empleo modifica
paulatinamente el aspecto de un cuerpo hasta conseguir el objeto deseado,
empleando el mínimo de tiempo y gastando la mínima energía.
- Velocidad de corte (v):
A la que la herramienta corta la viruta.
-Velocidad de avance (a):
A la que se enfrenta nuevo material.
-Profundidad de pasada (t):
Posicionamiento de la herramienta

HerramientasCaracterísticas funcionales.
q Velocidad de corte (v):
q Velocidad de avance (a):
q Profundidad de corte (t):
Condiciones de corte o Parámetros de mecanizado (torno).
q Velocidad de Eliminación de Material (VEM):
v= π x D x N (mm/min)
π·D·N /1000 (m/min)
VEM = v x a x p (mm3/min)
q Tiempo de mecanizado para un cilindrado (tm):
tm = Longitud / va = π·D·L / (az ·z ·v) = L / (a · N) (min)
p = (D1-D2)/2 (mm) radial (torno)
a (mm/rev)= az ·z va=a·N (mm/min)
az (mm/diente) z = nº dientes

Herramientas influencias.

vAceros para herramientas: son aceros al carbono
ordinarios con contenido de 0,90 a 1,30 %, buena dureza y
resistencia, tenacidad aceptable, aﬁlables, temperatura de
trabajo< 200ºC.
vAceros rápidos (HSS): son aceros aleados (18% W, 4% Cr, 1% V) ó (8% Mo, 4%Cr, 1% V), tª
de trabajo< 600ºC, velocidades de trabajo doble a los anteriores.
vCarburos sinterizados: (W como componente principal aglomerado con 3 a 13% Co), mas
duras que las anteriores, altas velocidades de trabajo, menos tenaces, pueden reaccionar
químicamente con aceros y fundiciones. Suelen usarse en forma de posLzos unidos
mecánicamente
vCerámicos: resistencia al desgaste, altas velocidades de trabajo (triple que los carburos),
no suelen necesitar refrigeración, presentan el inconveniente de ser frágiles.
vDiamante: es el material mas duro conocido, grandes velocidades,
buenos acabados.
Materiales de las herramientas

-Integrales (High Speed Steel)
HerramientasTipologías
- Plaquitas intercambiables.

Criterios de Fin de vida:
- Limitación de especificaciones de pieza.
- Limitación de fuerza o potencia requerida.
- Tiempo total de operación.
- Tasa de desgaste prefijada.
- Fallo completo (fractura).
Herramientas vida. (intervalo entre dos afilados consecutivos)
- ↑ Fuerzas de corte.
- ↑ Consumo de potencia.
- ↓ Acabado superficial.
- ↓ Acabado dimensional.
- ↓ Estabilidad dinámica.
La herramienta soporta tensiones de contacto intensas y temperaturas elevadas
generando desgaste:
Debemos realizar una adecuada selección de los materiales y de las condiciones de
corte.
Consecuencias:

Teoría de Denis: demuestra de forma gráfica la necesidad de elegir una
velocidad de corte entre unos límites.
Relación entre la velocidad de corte y volumen de
viruta entre dos afilados de herramienta consecutivos
1. ↑ velocidad → ↑ duración de la Herr.
2. Rebasado un valor crítico , ↓ duración
de la herramienta al elevarse la tª
3. La velocidad de mayor producción de
viruta coincide con la mayor duración
del filo o mínimo desgaste
4. Existe una velocidad límite que origina
la destrucción de la cuchilla en un
tiempo muy pequeño
Qm: producción máx de viruta
Vm: Velocidad de mínimo desgaste
VL: Velocidad límite (Q=0)
Ve: Velocidad económica
La velocidad económica de corte no es la de
máxima producción de viruta sino a un valor
mayor porque la disminución de la
producción de viruta por aﬁlado, queda
compensada con la menor duración del
mecanizado.
Herramientas Vida.

Influencia sobre la velocidad de mínimo desgaste según Denis
- Material de la pieza: la economía en el mecanizado aumenta al disminuir la resistencia del
material a trabajar , aumenta el caudal de viruta arrancada y la velocidad de corte empleada.
- Refrigeración: el refrigerante absorbe el calor producido durante el corte y aumenta por tanto la
duración del filo de la herramienta y el caudal de viruta entre afilados.
- Material de la herramienta: el poder de corte aumenta con la calidad de la herramienta.
Tendremos mayores velocidades de corte y mayores caudales de viruta entre afilados.
Herramientas Vida.

Fluidos de corte: Líquidos o gases que se usan en
el mecanizado para refrigerar y lubricar el proceso,
(disminuir el calentamiento por rozamiento, al
mismo tiempo que se enfría la herramienta),
pudiéndose aumentar la velocidad de corte.
Su uso aumenta notablemente la vida de las
herramientas = ↓ costes
- Refrigerantes: Basados en agua (Taladrinas)
- Lubricantes: Basados en aceites
Tipos:
Métodos de aplicación:
- Manual
- Inundación
- Niebla
(Sistemas automáticos de filtrado y recirculación)
Herramientas Vida.

Principales objetivos:
a) Ayudar a la disipación del calor generado.
b) Lubricar los elementos que intervienen en el corte para
evitar la pérdida la herramienta.
c) Reducir la energía necesaria para efectuar el corte.
d) Proteger a la pieza contra la oxidación y corrosión.
e) Arrastrar las partículas del material sobrante (limpieza).
f) Mejorar el acabado superficial.
Propiedades esenciales:
1.Poder refrigerante. debe poseer baja viscosidad, capacidad de bañar bien el
metal (para obtener el máximo contacto térmico); alto calor específico y elevada
conductibilidad térmica.
2.Poder lubrificante. Tiene la función de reducir el coeficiente de rozamiento en
una medida tal que permita el fácil deslizamiento de la viruta sobre la cara
anterior de la herramienta.
Herramientas Vida.

- Aceites minerales: petróleo y productos obtenidos de su destilación; buen poder refrigerante, poco
lubrificantes y poco anti-soldantes. se emplean para el maquinado de aleaciones ligeras y algunas
veces por las operaciones de rectificado. Tienen la ventaja de no oxidarse fácilmente.
- Aceites vegetales y animales: (Aceite de colza) buen poder lubricante y refrigerante, escaso poder
anti-soldante. Se oxidan con facilidad.
- Aceites mixtos. (proporción de 10% a 30%), tiene un buen poder lubrificante y refrigerante. Son
más económicos que los vegetales.
- Aceites sintéticos. no contienen nada de aceite mineral en su formulación, en su lugar poseen un
polímero lubricante que trata de emular las necesidades de lubricación que poseen las emulsiones
por poseer aceite en su formulación.
- Consiguen productos extremadamente limpios
- Separa el aceite provenientes de fugas en las máquinas
- No generan espuma
- No propician el crecimiento microbiano
- Son muy estables y larga duración
- Fácil en el tratamiento de desechos
- Generalmente rinden mucho porque tiene sólidos en la fórmula que no se evaporan
- Mayor coste
Herramientas Vida.

Aceites emulsionables: mezcla aceite mineral con agua
1. Emulsiones diluidas (3 a 8%): escaso poder lubrificante; se emplean para
trabajos ligeros.
2. Emulsiones medias (8 a 15%): discreto poder lubrificante; se emplean para el
mecanizado de metales de mediana dureza con velocidades medianamente
elevadas.
3. Emulsiones densas (15 a 30% ). buen poder lubrificante; adecuados para
trabajar metales duros de elevada tenacidad. Protegen eficazmente contra
las oxidaciones las superficies de las piezas maquinadas.
Herramientas Vida.

Mecanizado por abrasión
• Mecanizado por acción cortante de cuerpos abrasivos
ü abrasivo: parqcula dura, pequeña, no metálica, con aristas agudas y forma irregular.
üse emplean en formato
• libre: granos o polvo, arrastrados por un fluido (aire, aceite o petróleo)
• encolados: granos adheridos sobre un soporte rígido o flexible (bandas)
• aglomerados: mediante material agluLnante formando muelas abrasivas.
• Campos de aplicación
ü Material pieza ↑ dureza o ↑ fragilidad à Ej. tras tratamiento térmico.
ü ↑↑ requisitos de acabado superficial y tolerancias dimensionales y de forma.
ü Complemento de mecanizados previos (torneado y fresado) como operaciones de
acabado (creces de material son décimas de mm).
ü aplicación a gran variedad de geometrías según el proceso de recLficado.
ü aplicación a afilado de herramientas de corte

Rugosidad en función del proceso de mecanizado
(Taladrado)
(Fresado)
(Brochado)
(Escariado)
(Torneado y mandrinado)
(RecLﬁcado)
(Bruñido)
(Pulido)
(Lapeado)
(Corte por sierra)

Herramientas Abrasivas
• Materiales abrasivos
üNaturales. corindón natural, diamante, cuarzo, esmeril.
ü ArLﬁciales:
Convencionales:
Corindón arCﬁcial (óxido de aluminio Al2O3) A: para materiales tenaces (aceros, fund.
maleable, hierro dulce)
Carburo de silicio (SiC) C: para materiales quebradizos (metal duro, cerámica) y dúcLles y
blandos (aluminio, latón)
Superabrasivos: Nitruro de boro cúbico (CBN o borazón) B, diamante policristalino (PCD) D
Cepillo circular abrasivo
Muelas abrasivas Rollos de papel abrasivo

RECTIFICADORAS PLANAS
RecLﬁcadora plana tangencial (de canto)
Vídeo

RECTIFICADORAS CILÍNDRICAS
RecLﬁcadoras Cilíndrica de Exteriores
Vídeo

POR PENETRACIÓN
POR HILO
Cavidades para moldes
Cavidades complejas
Electrodos complejos
Piezas de diwcil mecanización
Electroerosión

POR PENETRACIÓN
POR HILO
Cavidades para moldes
Cavidades complejas
Electrodos complejos
Piezas de diwcil mecanización
Electroerosión
Por penetración Por hilo

Electroerosión
Por penetración Por hilo

Economía del mecanizado
Reducir costes es reto muy importante para el éxito de cualquier producto en un
entorno competitivo.
Costes de fabricación:
• Materiales
• Herramientas: fabricación, compra, vida, reutilización, etc.
• Fijos: energía, consumibles, impuestos, seguros, alquileres, amortizaciones, etc.
• Capital: terrenos, edificios, maquinaria, equipamiento, instalaciones,
mantenimiento, etc.
• Mano de obra directa: sueldos, cotizaciones, incentivos, etc.
• Mano de obra indirecta o costes generales: ingeniería, servicios administrativos,
supervisión, mantenimiento, control de calidad, investigación, ventas, postventas,
etc.
Volumen de producción
Grandes volúmenes → altas capacidades, técnicas de producción masiva y
máquinas especiales (poca mano de obra directa).
Bajos volúmenes → más mano de obra directa y con mayor nivel de cualificación.

Los costes de producción dependen de las condiciones de uso de las herramientas
de corte.
La velocidad de corte es el parámetro de mecanizado más importante,
tanto para la vida de las herramientas, como para la planificación de la
producción.
Se buscan 2 objetivos contrapuestos:
• Alta velocidad de eliminación de material
• Larga vida de herramienta
Esto da lugar a diferentes estrategias de producción:
• Prod. Máxima = Tiempo de producción mínimo
• Prod. Económica = Coste de producción mínimo
• Prod. Eficiente = Coste/tiempo mínimo

Tiempo de producción
Tiempo necesario en completar un lote Nb piezas:
ti = tiempo improductivo por pieza (colocar pieza, medir, etc. Depende del operario)
tm = tiempo de mecanizado de la pieza (incluye tiempo de vuelta en cepilladora/lima)
Nt = nº de herramientas o filos (para mecanizar el lote de Nb piezas)
tct = tiempo de cambio de herramienta o filo (no se incluye en ti )
Tiempo promedio de producción :
𝑻=𝑵↓𝒃 ·𝒕↓𝒊 +𝑵↓𝒃 ·𝒕↓𝒎 +𝑵↓𝒕 ·𝒕↓𝒄𝒕
𝒕↓𝒑𝒓 =𝑻/𝑵↓𝒃 =𝒕↓𝒊 +𝒕↓𝒎 +𝑵↓𝒕 /
𝑵↓𝒃 ·𝒕↓𝒄𝒕

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