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Generalidades sobre mecanizado con arranque de viruta

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FUNDAMENTOS DE MAQUINADO

Procesos de Manufactura I FIME

FUNDAMENTOS DE MAQUINADO

El Maquinado como mtodo para producir formas tridimensionales slidas es el de ms uso universal y tal vez el ms importante de todos los procesos de manufactura. En el maquinado los dispositivos de una mquina impulsados con potencia causan la eliminacin de parte de la materia prima en forma de viruta por medio de una herramienta cortante.

El maquinado tiene dos aplicaciones en la manufactura:

a) Generalmente se utiliza para producir una o pocas partes, an si el diseo de la parte pudiera llevar soldadura, fundicin, forja o trabajo en prensa.

b) Cuando se requiere altas exactitudes y acabados superficiales. Muchas partes se les da su forma general por algn proceso de alta deformacin y se maquinan slo en superficies selectas donde se necesita altas exactitudes.

Los procesos tradicionales de maquinado se basan en que existen materiales ms duros y fuertes que otros. Si un material duro tiene una geometra apropiada, puede llamarse herramienta, cuando la herramienta se pone en contacto con la pieza a trabajar (ms dbil) con la fuerza suficiente se produce una falla de ruptura en la pieza.

Para dar la forma al producto por la eliminacin de parte de la materia prima debe causarse una falla a la fractura en el sitio que se desea, producindose de esta manera la viruta. Este proceso se efecta en forma continua y sin producir una deformacin significativa en las otras partes de la pieza trabajada. Para esto se requiere que haya un movimiento relativo entre la pieza a maquinar y la herramienta de corte.

Movimientos bsicos para el corte por maquinado.-

Para producir una superficie maquinada se requiere de un movimiento relativo entre la herramienta de corte y la pieza que esta siendo maquinada, este movimiento relativo esta conformado por dos movimientos bsicos, que son:

a) Movimiento de corte, que el movimiento (relativo) entre la herramienta cortante y la porcin de la pieza que esta siendo cortada. Este movimiento da como resultado la formacin de la viruta. Puede ser rotatorio o rectilneo. La velocidad con que se realiza este movimiento se denomina velocidad de corte. Para el caso de que este movimiento es rotatorio la velocidad de corte puede ser calculada de la siguiente manera:

(m/min) (pies/min)

Donde: D = dimetro del elemento que gira (mm pulgadas)

n = velocidad de rotacin (rpm)

b) Movimiento de Avance o de alimentacin, es el movimiento que hace que la herramienta se desplace hasta porciones nuevas de la superficie que esta siendo maquinada. Por tanto este movimiento permite obtener una superficie mecanizada. Este movimiento puede ser realizado en forma manual o automticamente. La velocidad con que se realiza este movimiento se denomina Avance o Alimentacin. Dependiendo del tipo de mquina y herramienta que se utilice este avance puede expresarse de la siguiente manera:

A = avance expresado en mm/min o pulg./min

a = avance expresado en mm/rev o pulg./rev

az = avance expresado en mm/diente (filo cortante) o pulg/diente

Estas formas de avance se relacionan entre s de acuerdo a las siguiente frmulas:

A = a * n a = az * z

Adems de los dos movimientos anteriores, para general una superficie mecanizada y eliminar el material en exceso se requiere de un movimiento adicional que es el llamado movimiento de aproximacin. Este movimiento que no es continuo sino discreto controla la cantidad de material a eliminar. Este movimiento se mide por una unidad de longitud por ciclo de maquinado completo y se le denomina penetracin o profundidad de corte (mm/pasada pulgadas/pasada)

Fig. 1 Movimientos Bsicos para el Maquinado

El tiempo de maquinado depende de los valores que se seleccionen para cada uno de estos movimientos, y no slo eso sino tambin la exactitud del trabajo y la calidad del acabado superficial; por lo tanto hay que seleccionarlos de una manera apropiada.

Tcnicas bsicas de maquinado.-

Cinco son las tcnicas tradicionales de maquinado que utilizan un mtodo mecnico para dar forma a los metales y son:

Taladrado, incluyendo el escariado, avellanado y roscado con machuelos

Torneado, incluye al mandrinado o torneado interno

Fresado tanto horizontal como vertical

Cepillado, que incluye el mortajado, el brochado y el limado

Rectificado, incluyendo el amolado y esmerilado.

Esquemas de los procesos tradicionales de maquinado.-

Existen otras tcnicas de maquinado pero que para arrancar la viruta se basan en fenmenos qumicos, electroqumicos, vibratorios y pticos

Teora de Corte de los metales por medio de maquinado.-

Observando cortar metales a las mquinas y herramientas, sabr que este realmente no se corta, mas bien, la herramienta arranca viruta de la pieza que se trabaja. Algunas veces se forma virutas cortas y pequeas, en otras ocasiones estas sern ms largas y se arrancarn al desprenderse del material. Cuando se comprenda lo que sucede al ser cortado el material, se estar mejor capacitado para usar ms ingeniosamente las mquinas herramienta.

Los cuatro factores siguientes determinan el modo en que una mquina herramienta corta el metal.

1. La accin de la herramienta cortante sobre el material que se corta.

2. El tipo de material de la herramienta cortante.

3. la forma de la herramienta cortante.

4. El tipo de material de la pieza que se trabaja.

Formacin de la viruta.-

La herramienta de corte es un dispositivo de carga. Si esta es lo suficientemente fuerte para que no se doble o se rompa y la pieza a trabajar esta sujeta lo suficientemente rgida para resistir una posible deflexin, se producir una viruta por un movimiento relativo entre las dos, sin importar la forma de la punta de la herramienta cortante.

La accin de la herramienta sobre la pieza produce una fuerza normal a la direccin de flujo de la viruta y una fuerza de friccin que es perpendicular a la anterior. La seccin de esfuerzo cortante mximo esta en un plano que aproximadamente se localiza a 45 inclinado respecto a la fuerza resultante. A lo largo de este plano se producir primeramente una deformacin plstica hasta que se alcancen los esfuerzos crticos luego de lo cual producir la fractura producindose la viruta la cual viajara a lo largo de la cara de la herramienta.

La forma de la viruta depender fundamentalmente de la naturaleza del material trabajado y de la geometra de la herramienta cortante as como de su posicin relativa respecto a la pieza. Sin embargo tiene tambin influencia la velocidad con que se desplaza la herramienta respecto a la pieza, el grosor de la viruta y la temperatura en el rea de corte.

Los tipos de viruta generados por el maquinado se pueden ser de varios tipos, los principales son tres:

Viruta discontinua o segmentada, propia de materiales frgiles y de poca ductilidad. Debido a su poca capacidad de flujo plstico la viruta se rompe en segmentos cortos. Viruta propia de los bronces, hierro fundido. Se obtiene un buen acabado superficial cuando el avance es pequeo.

Viruta continua, propia de materiales con suficiente ductilidad media, de dureza entre 170 y 240 BHN. Esta es la viruta propia de los aceros para maquinaria. Desde el punto de vista de maquinado es la viruta ideal.

Viruta Segmentada

Viruta Continua

Viruta continua con

crecimiento de borde

Viruta continua con crecimiento de borde, que se obtiene al maquinar materiales de alta ductilidad que experimentan una gran deformacin plstica antes de fracturarse, la dureza de estos materiales es menor a 160 BHN. Este tipo de viruta es bastante perjudicial puesto que deteriora rpidamente el borde de las herramientas cortantes. Esta viruta es propia del hierro de construccin y de algunos tipos de aluminio.

Materiales para herramientas de corte.-

Deben cumplir ciertas cualidades que de permiten trabajar satisfactoriamente, estas son: dureza, tenacidad y resistencia a temperaturas elevadas. Entre los materiales ms utilizados se encuentran los siguientes:

Aceros de alto contenido de carbn.- (0.9 1.2 %) Se utilizan para trabajar materiales blandos y de alta maquinabilidad, no resisten ms de 400 C, se requiere abundante refrigeracin.

Aceros rpidos (HS y HSS).- aleaciones de Tg, Cr, V, Cu, Mo, son muy utilizados. Pueden trabajar hasta 600 C, necesitan refrigeracin, trabajos los aceros de buena maquinabilidad (dureza < 220 HBN; Vc = 12 27 m/min).

Carburos cementados.- Se obtiene por pulvimetalurgia, tienen cualidades de amortiguacin aprovechado en maquinado con vibraciones, se puede maquinar casi cualquier material, (dureza < 40 Rc; Vc = 12 27 m/min).

Materiales cermicos.- a base de oxido de aluminio, son altamente frgiles utilizados especialmente en el torneado (1160 C) pueden trabajar hasta 120 900 m/min maquina aceros hasta 65 Rc (aceros tratados trmicamente, fundiciones duras).

Diamantes.- Tienen uso limitado por su alto costo, tienen gran rendimiento y dan ptimo acabado, pero son de difcil conformacin

Geometra (Forma) de la herramienta de Corte.-

Independiente del nmero de filos cortantes que posea la herramienta, para cortar un material en forma eficiente, sta debe tener una geometra bsica que presente una accin de cua de separacin.

La forma de la herramienta cortante ayuda a determinar la resistencia de su filo, puesto que el borde cortante de cualquier herramienta de metal tiene que ser resistente y estos bien apoyados.

( = ngulo de incidencia frontal

( = ngulo de punta frontal

( = ngulo de salida frontal

(L = ngu