tema 13-2 fresado

PROCESOS DE FABRICACIN FRESADO

Ingeniera de Sistemas y Automtica

Tecnologa de Fabricacin y Tecnologa de Mquinas

NDICE:



DESCRIPCIN TIPOS DE FRESADO PERIFERICO FRONTAL

FUERZAS EN EL FRESADO SUJECIN DE LAS PIEZAS OPERACIONES DE FRESADO. HERRAMIENTAS

DESCRIPCINCon el nombre genrico de fresado se conoce al conjunto de operaciones de mecanizado que pueden efectuarse en la mquina-herramienta denominada fresadora. El fresado permite mecanizar superficies planas, ranuras, engranajes e incluso superficies curvas o alabeadas. Constituye, junto con el torneado, el grupo de operaciones mayoritariamente empleadas en el mecanizado. El movimiento principal en el fresado es de rotacin, y lo lleva la herramienta o fresa. Los movimientos de avance y penetracin son generalmente rectilneos, pudiendo llevarlos la herramienta o la pieza segn el tipo de mquina-herramienta y la operacin realizada.



DESCRIPCIN



El fresado es una operacin de corte interrumpido: los dientes de la fresa entran y salen del trabajo durante una revolucin. La fuerza de corte y la potencia no son constantes. Dientes 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. La herramienta empleada (fresa) es multifilo. Cada filo trabaja intermitentemente. La seccin de viruta es variable. Ventajas del fresado: alta eficiencia del mecanizado. buen acabado superficial. precisin y flexibilidad en la produccin de formas. MVTO FUNDAMENTAL DE CORTE: - ROTATIVO - HERRAMIENTA MVTO FUNDAMENTAL DE AVANCE: - RECTILNEO - PIEZA O HERRAMIENTA

DESCRIPCIN



Aunque existen diversos tipos de fresadoras que incorporan ciertas particularidades, una fresadora puede ser esquematizada como uno de los dos tipos mostrados en la figura

- Esquema de fresadora horizontal (a), y vertical (b).

DESCRIPCINHusillo: lugar de montaje de la herramienta -Debe producir el par necesario para producir el corte Mesa: lugar de montaje de la pieza -Entre mesa y husillo se posibilitan movimientos en los 3 ejes



DESCRIPCIN



rbol Cortador Columna

Avance

DESCRIPCIN



DESCRIPCIN



El motor de accionamiento suministra la potencia requerida para el mecanizado, cuyo valor puede oscilar desde 1 kW en las mquinas ms pequeas hasta 10 kW o incluso valores superiores en mquinas de mayor tamao. Del motor de accionamiento parte la cadena cinemtica de transmisin (correas, engranajes, ruedas de friccin, etc.) que permite la transmisin de la potencia al cabezal de la mquina-herramienta donde se genera el movimiento principal de rotacin de la herramienta. Esta rotacin se realiza alrededor del eje principal o husillo de la mquina, designado como eje Z. El eje X es horizontal y por tanto paralelo a la superficie de apoyo de la pieza, y el eje Y es perpendicular a los otros dos formando un triedro a derechas. La fresadora permite un desplazamiento relativo entre pieza y herramienta, paralelo al husillo, adems de los desplazamientos contenidos en un plano perpendicular a dicho husillo.

DESCRIPCIN



.La sujecin de la herramienta a la mquina suele realizarse mediante un eje portafresas. Este eje posee un extremo cnico (cono ISO, cono Morse) que se acopla al husillo de la fresadora, y al que se unen las fresas empleando para ello medios de fijacin estandarizados (pinzas, chavetas, etc.). En el extremo opuesto al cono del eje portafresas en fresadoras verticales, o en un plano paralelo a dicho eje, en el caso de fresadoras horizontales, se encuentra la mesa de apoyo donde se sujeta la pieza que va ser fresada. Esta mesa suele llevar incorporada la posibilidad de desplazamiento en un plano horizontal segn la direccin de los ejes X y Z en las fresadoras horizontales y X e Y en las fresadoras verticales. El desplazamiento segn la direccin del eje restante puede incorporarlo la propia mesa o bien el cabezal, dependiendo de la solucin mecnica adoptada por el fabricante. Todos estos elementos son solidarios a una bancada que permite la fijacin de la mquina-herramienta al suelo y proporciona rigidez estructural a cada uno de ellos.

DESCRIPCIN



.La sujecin de la herramienta a la mquina suele realizarse mediante un eje portafresas. Este eje posee un extremo cnico (cono ISO, cono Morse) que se acopla al husillo de la fresadora, y al que se unen las fresas empleando para ello medios de fijacin estandarizados (pinzas, chavetas, etc.). En el extremo opuesto al cono del eje portafresas en fresadoras verticales, o en un plano paralelo a dicho eje, en el caso de fresadoras horizontales, se encuentra la mesa de apoyo donde se sujeta la pieza que va ser fresada. Esta mesa suele llevar incorporada la posibilidad de desplazamiento en un plano horizontal segn la direccin de los ejes X y Z en las fresadoras horizontales y X e Y en las fresadoras verticales. El desplazamiento segn la direccin del eje restante puede incorporarlo la propia mesa o bien el cabezal, dependiendo de la solucin mecnica adoptada por el fabricante. Todos estos elementos son solidarios a una bancada que permite la fijacin de la mquina-herramienta al suelo y proporciona rigidez estructural a cada uno de ellos.

TIPOS DE FRESADO



Existen diversas operaciones que pueden ser efectuadas en la fresadora De todas ellas, la operacin ms frecuente en la fresadora es la obtencin de superficies planas en la pieza paralelas o perpendiculares al eje de rotacin de la herramienta. Cuando la superficie plana obtenida es paralela al eje de rotacin de la herramienta, el fresado se denomina fresado cilndrico, perifrico o tangencial. En el caso de una obtenerse una superficie perpendicular, el fresado se denomina fresado frontal.

TIPOS DE FRESADO



Fresado frontal1. FRESADO FRONTAL Avance perpendicular al eje de giro

Fresado perifrico

Avance axial2. FRESADO PERIFRICO Avance perpendicular al eje de giro Profundidad de corte en direccin radial Corte producido por los filos perifricos

Profundidad de corte en direccin axial Corte producido por los filos perifricos Acabado superficial producido por los filos de la cara frontal

3. AVANCE AXIAL Avance y profundidad de corte en direccin axial Corte producido por los filos de la cara frontal Generalmente se taladra hasta una profundidad y luego se avanza radialmente

TIPOS DE FRESADO



Frontal Perifrico

TIPOS DE FRESADO. PERIFERCO Fresado PerifricoTambin denominado fresado cilndrico o tangencial.



El fresado perifrico suele efectuarse en fresadoras horizontales. La geometra ms comn de la operacin de fresado cilndrico es la recogida en la figura. En dicha figura quedan representados el avance por filo (fz) el ancho de corte (b) el espesor de viruta indeformada (ac) la profundidad de pasada (ap) las velocidades de corte (v), de avance (vf), y de rotacin (N) el dimetro de la fresa (D) y el ancho de la fresa (B).

TIPOS DE FRESADO. PERIFERCO



Esquema de un proceso de fresado perifrico.




Puede observarse que en la situacin representada en la figura, el ancho de corte b, coincide con el ancho de la fresa B. Esta situacin no tiene porque producirse en todas las operaciones de fresado cilndrico, cumplindose en cualquiera de los casos que b es menor o igual que B. El espesor de viruta indeformada (ac) no es constante, alcanzando su valor mximo en la situacin marcada en la figura. A consecuencia de ello, tampoco son constantes la seccin de viruta (Ac), la fuerza de corte (Fc) y la potencia (W).




En funcin de los sentidos de las velocidades de corte de la herramienta y de avance de la pieza, el fresado perifrico puede realizarse en dos formas, denominadas fresado en oposicin y fresado en concordancia. En el fresado en oposicin, los sentidos de ambas velocidades son opuestos, tal y como se indica en la figur. Por su parte en el fresado en concordancia los sentidos de ambas velocidades son coincidentes.




En el fresado en oposicin, el crecimiento del espesor de viruta se produce de una forma ms suave que en el fresado en concordancia. En ste ltimo, el valor de espesor de viruta mximo se alcanza prcticamente en el inicio del corte por parte del filo, lo cual supone un impacto ms brusco que origina mayores vibraciones en las guas de la mquina e incrementa la probabilidad de rotura del filo. Por otra parte el fresado en oposicin tiende a "levantar" la pieza de su apoyo en la mesa, mientras que el fresado en concordancia tiende a reforzar dicho apoyo. La eleccin de uno u otro procedimiento, dado que los resultados geomtricos obtenidos son semejantes en ambos casos, depende de la operacin concreta que se est efectuando, y en particular del tipo de fijacin y de la rigidez estructural de la mquina-herramienta empleadas.

TIPOS DE FRESADO. PERIFERCOFRESADO EN CONCORDANCIA EN OPOSICIN:Dependiendo del giro de la herramienta respecto a la pieza:



FRESADO EN OPOSICIN. Direccin de avance de la pieza opuesta a la de rotacinde la fresa en el rea de corte. el espesor de viruta comienza en cero e incrementa su espesor al final del corte. Fuerzas tienden a empujar pieza fuera de la mesa.

FRESADO EN CONCORDANCIA.Direccin de avance de la pieza la misma que la de rotacin de la fresa en el rea de corte. el espesor de viruta va disminuyendo desde el comienzo de corte hasta el final del corte. Preferible cuando lo permitan la mquinaherramienta, los amarres y la pieza de trabajo.







NGULO DE DESPRENDIMIENTO (): Afecta al consumo de potencia de corte, resistencia del filo y la formacin de viruta. Un gran ngulo positivo produce pequeas fuerzas de corte y por lo tanto, menor potencia requerida pero debilita el filo. mecanizado de acero entre 10 y 15. aleaciones ligeras entre 20 y 25. NGULO DE INCIDENCIA (): Evita que la herramienta roce con la pieza. por lo general, oscila entre 5 y 12. para los materiales dctiles como el cobre se requeren mayores ngulos que para los materiales mas duros. NGULO DE LA HLICE (): Hace que la arista de corte vaya penetrando progresivamente en el material provocando un corte suave al tiempo que reduce la fuerza axial.




NGULO DE DESPRENDIMIENTO (): Afecta al consumo de potencia de corte, resistencia del filo y la formacin de viruta. Un gran ngulo positivo produce pequeas fuerzas de corte y por lo tanto, menor potencia requerida pero debilita el filo. mecanizado de acero entre 10 y 15. aleaciones ligeras entre 20 y 25. NGULO DE INCIDENCIA (): Evita que la herramienta roce con la pieza. por lo general, oscila entre 5 y 12. para los materiales dctiles como el cobre se requeren mayores ngulos que para los materiales mas duros. NGULO DE LA HLICE (): Hace que la arista de corte vaya penetrando progresivamente en el material provocando un corte suave al tiempo que reduce la fuerza axial.

TIPOS DE FRESADO. FRONTAL Fresado Frontal



El fresado frontal, caracterizado por la perpendicularidad entre el eje de rotacin de la fresa y la superficie fresada, suele efectuarse en fresadoras verticales. La geometra ms comn de la operacin de fresado frontal es la recogida en la figura

TIPOS DE FRESADO. FRONTALEn la figura quedan representados el avance por filo (fz) el ancho de corte (b) el espesor de viruta indeformada (ac) la profundidad de pasada (ap)



las velocidades de corte (v), de avance (vf), y de rotacin (N) el dimetro de la fresa (D), y el ancho de la pieza (B) Puede observarse que en este caso, el espesor de viruta indeformada (ac) es prcticamente constante, alcanzando su valor mximo para acmax = fz.

TIPOS DE FRESADO. FRONTAL






TIPOS DE FRESADO. FRONTALNGULO DE POSICIN (k):



Afecta a la direccin de las fuerzas de corte y el espesor de la viruta. Este ngulo est en funcin de la operacin que se va a realizar. para escuadrar es necesario k = 90, mientras que para planear se puede tomar el ngulo ms conveniente desde el punto de vista de distribucin de esfuerzos. Los ngulos de posicin ms frecuentes varan entre 45 y 75. el ngulo menor a 90 hace que el filo de corte sea robusto y se produzca fcilmente la evacuacin de las virutas. El contacto inicial plaquita-pieza es ms favorable con ngulos pequeos. El espesor de viruta es mximo para k=90, disminuyendo con k. Cuanto mayor es k, menor es la fuerza axial. Los ejes de las fresadores tienen su mayor resistencia en sentido axial.

TIPOS DE FRESADO. FRONTALNGULO DE POSICIN (k): La componente radial tiende a producir vibraciones.



Para el mismo tamao de plaquita, la profundidad til aumenta con k. Para el mecanizado pesado, utilizar un ngulo de 45, ya que el filo de corte es ms robusto; tambin la fuerza de corte axial y radial son semejantes, lo cual puede ser favorable para fresadoras de gran tamao en las que los husillos tienen gran voladizo , por tanto, la fuerza radial dbil.




NGULO DE DESPRENDIMIENTO () Y DE INCLINACIN (): Hay tres tipos de fresas en funcin de la combinacin de los ngulos de desprendimiento e inclinacin. Determinan de qu manera trabaja la herramienta y ejercen un efecto considerable sobre la capacidad de corte, salida de viruta, duracin de la herramienta y fuerza de corte, direccin y magnitud.

positivo,

positivo.

Mnimas fuerzas de corte. Poco consumo de potencia. Formacin de viruta ventajosa para su extraccin. Buena solucin para materiales dctiles que presentan problemas de filo de aportacin. Ventajoso para el mecanizado de piezas no muy estables.




negativo, negativo. Robustez en los filos de las plaquitas. Ideal para mecanizar con choques. Gran consumo de potencia. Se necesita rigidez de fijacin de la pieza. Desventajoso para materiales de viruta larga.

negativo,

positivo.

Ideal para profundidades de corte grandes. Buen desalojo de viruta. Filo muy robusto. Buena solucin para mecanizados en general.

TIPOS DE FRESADO. FRONTAL TAMAO DE LA PLAQUITA:



SE RECOMIENDA QUE LA PROFUNDIDAD DE CORTE NO EXCEDA LAS 2/3 DE LA LONGITUD DE LA ARISTA DE CORTE. EL TAMAO DE PLAQUITA MS HABITUAL ES DE 12 mm.

DIMETRO DE LA FRESA. NORMALMENTE SE APLICA EL DIMETRO DE LA FRESA DEBE GUARDAR LA RELACIN CORRECTA A LA POTENCIA DE ACCIONAMIENTO DISPONIBLE. NO ES CONVENIENTE DISMINUIR EL AVANCE EN VEZ DEL DIMETRO DE LA FRESA PARA REDUCIR LA POTENCIA. EL MECANIZADO MS ECONMICO SE OBTIENE SELECCIONANDO EL MAYOR DE LOS AVANCES RECOMENDADOS AL RESPECTO. EN ALGUNOS CASOS PUEDE SER MS VENTAJOSO SELECCIONAR UNA FRESA DE MENOR DIMETRO Y CUBRIR EL ANCHO EN DOS PASADAS. SE DEBE EVITAR QUE EL ANCHO DE FRESADO SEA IGUAL AL DIMETRO DE LA FRESA. EL DIMETRO DE LA FRESA NO DEBE SOBREPASAR EL DOBLE DEL DIMETRO DEL HUSILLO. (TENDENCIA A VIBRACIONES).

PASO DE LA FRESA:




EL ESPESOR MNIMO DE LA VIRUTA DEBE SER SUPERIOR AL MNIMO Y POR LO MENOS DOS FILOS DEBEN ESTAR CORTANDO SIMULTNEAMENTE. ADEMS, EL ESPACIO ENTRE DIENTES DEBE SER SUFICIENTE PARA PERMITIR EL ALOJAMIENTO DE LA VIRUTA PRODUCIDA. PASO GRANDE: PARA PASADAS PROFUNDAS EN PIEZAS GRANDES. PARA DESBASTES Y ACABADOS DE ACERO.

PASO NORMAL: PARA MECANIZADO EN GENERAL, CUANDO LA POTENCIA DE LA MQUINA NO LIMITA EL AVANCE DE LA PLAQUITA. PARA FRESADO DE SUPERFICIES ESTRECHAS, EN EL CUAL ES CONVENIENTE QUE HAYA MAS DE UN DIENTE EN CORTE.

PASO REDUCIDO: MECANIZADO DE FUNDICIN CON GRANDES AVANCES Y EN PIEZAS CON SUJECIN DBIL CON RIESGO DE VIBRACIN. GENERAN BUENOS ACABADOS SUPERFICIALES.




POSICIONAMIENTO DE LA FRESA EN EL FRESADO FRONTAL:El contacto inicial entre el filo de corte y la pieza puede ser muy desfavorable segn la posicin de la fresa con respecto a la pieza.




1. VELOCIDAD DEL HUSILLO n (rpm): velocidad angular de la herramienta de fresado en el husillo. 2. VELOCIDAD DE CORTE vc (m/min): velocidad perifrica con la que los filos de corte mecanizan la pieza

vc =

Dn1000

(m / min)

TIPOS DE FRESADO. FRONTALcontra la pieza por unidad de tiempo.



3. VELOCIDAD DE AVANCE vf (mm/min): distancia recorrida por la herramienta 4. AVANCE POR REVOLUCIN f (mm/rev): distancia que se mueve laherramienta durante una rotacin.

5. AVANCE POR DIENTE fz (mm/diente): distancia que recorre la herramientamientras un diente en concreto est implicado en el corte. Es un valor clave para determinar la calidad de la superficie en una operacin de planeado.

u=

Dz

(mm)




5. PROFUNDIDADES DE CORTE AXIAL aa (mm) Y RADIAL ar (mm)

ar aa aa

ar

FUERZAS EN EL FRESADOFUERZAS EN EL FRESADO: variables en direccin y magnitud: vibraciones. deformaciones en las piezas y las herramientas. problemas para la sujecin de piezas y herramientas.



normalmente se trabaja con valor medio. para ello se supone que la viruta arrancada tiene espesor cte.

Un ESPESOR DE VIRUTA muy pequeo al iniciarse el corte, crea fuerzas que tienden a separar la pieza de la mesa. la plaquita ejerce un efecto de friccin, provocando serios desgastes. se debe garantizar un ESPESOR MEDIO DE VIRUTA: FRESADO FRONTAL

hm =

sin 360 ar f z 0.1 mm ar D arcsin D

SECCIN MEDIA DE VIRUTA:

aA AM = hM sen( )FUERZA MEDIA DE LOS FILOS CORTANTES:

FRESADO PERIFRICO

hm = f z

ar 0.04 mm D

FTM = K SM AM

FUERZAS EN EL FRESADOKSM es el valor medio de la fuerza especfica de corte Se consulta en tablas Se ajusta en funcin de la geometra de la herramienta. Su valor aumenta un 1.5% por cada grado que disminuye el ngulo de desprendimiento. Se ajusta en funcin del espesor de viruta



FUERZAS EN EL FRESADOPar de corte M



M = FTM zCORTE

D 2

Donde zCORTE es el nmero de dientes cortando en un momento dado (valor medio)

zCORTE = z

360 M = KSM sZ aR aA z ( N mm) 2

Sustituyendo zCORTE y FTM se obtiene:

Potencia de corte P

P = M

P = KSM PMH = P

sZ aR aA z 2 n s'a a ( N mm/ s) = KSM R 7 A (KW) 2 60 6 10

(KW )

SUJECIN DE LAS PIEZAS



Modo 1: sujecin con mordazas o tornillos de mquina La pieza se sujeta por presin Accionamiento mecnico, neumtico o hidrulico Tipologa en funcin de los grados de libertad: -Mordaza sencilla -Mordaza giratoria -Mordaza universal Modo 2: sujecin con platos divisores El plato permite sujetar la pieza y tiene posibilidad de giro Permite trabajar con distintas orientaciones Permite procesos de torno-fresado Sujecin de pieza similar a la del torneado: -Al aire -Entre plato y punto -Entre puntos

Objetivos: Inmovilizacin correcta de la pieza Accesibilidad de las zonas a mecanizar Capacidad para absorber los esfuerzos del mecanizado Proteccin contra deformaciones para la pieza Tiempos de amarre y desamarre cortos

Plato vertical

Plato horizontal

SUJECIN DE LAS PIEZASModo 3: sujecin directa sobre la mesa Empleado para piezas grandes



La pieza se fija mediante el uso de bridas, tornillos, calzos, cuas, etc. Importante direccionar adecuadamente los esfuerzos

Modo 4: sistemas de sujecin modulares Basados en una placa base con agujeros o ranuras Los elementos de sujecin (bridas, posicionadores, etc. estn estandarizados) Sistema flexible, adaptable a multitud de piezas Debido a la estandarizacin, son configurables por CAD

OPERACIONES DE FRESADO HERRAMIENTAS1. Planeado 2. Planeado en escuadra 3. Escuadrado 4. Ranurado 5. Canteado 6. Alojamientos o vaciados 7. Copiados 8. Ranuras y cortes 9. Chaflanes



OPERACIONES DE FRESADO HERRAMIENTASPlaneado y planeado en escuadra:Intencin: generar superficies planas Planeado en escuadra: se utiliza una fresa para planear con ngulo de posicin de 90 Por lo general es ms ventajoso utilizar un ngulo de posicin menor



Inclinacin del husillo en el planeado:

Objetivo: evitar el corte en retroceso: estropea el acabado superficial

OPERACIONES DE FRESADO HERRAMIENTASEscuadrado y canteadoFresado fundamentalmente lateral, con capacidad aadida de profundidad de corte (planeado) Caso particular: canteado. Fresado completamente lateral Espesor y profundidad de los cortes determinan el tamao de la herramienta Problema importante de evacuacin de viruta (aire comprimido, lquido refrigerante) Distintos tipos de fresas en funcin de la profundidad de corte requerida



OPERACIONES DE FRESADO HERRAMIENTAS Alojamientos o vaciadosTaladrado hasta una determinada profundidad y fresado posterior O bien fresado en rampa en varios cortes Para taladrar es necesario que los filos de corte atraviesen el centro de la herramienta Fresas muy polivalentes: aplicables a taladrados y/o ranurados



OPERACIONES DE FRESADO HERRAMIENTASCopiados o contornosFresas para ranurar con filo de corte redondo, necesario para mecanizado continuo de formas convexas y cncavas: Fresas de punta esfrica Fresas de plaquitas redondas (limitaciones)



OPERACIONES DE FRESADO HERRAMIENTAS Ranuras y cortesSe utilizan fresas de disco en lugar de fresas de ranurar Diferencia: relacin profundidad/longitud Esfuerzo de corte slo en una pequea parte de los dientes: vibraciones Solucin: volantes de inercia



OPERACIONES DE FRESADO HERRAMIENTASChaflanesOperaciones tpicas: chaflanes o cortes en forma de V Normalmente herramientas especficas A veces herramientas de planear o ranurar mediante giro del husillo En ocasiones se emplean limas (trabajo por abrasin)



OPERACIONES DE FRESADO HERRAMIENTASTorno-fresado



Combinacin de ambos procesos Una fresa rotativa mecaniza una pieza que gira Aplicaciones: -Formas excntricas (cigeales, etc) -Piezas con elementos que sobresalen -Piezas que no pueden girar a gran velocidad

tema 13-2 fresado

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