ipn manufactura 2

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INDICE CAPITULO I MAQUINAS HERRAMIENTAS CONVENCIONALES….. 6 1.1 IMPORTANCIA DE LAS MAQUINAS Y HERRAMIENTAS…….. 7

(DEFINICION).

1.2 LA MAQUINA HERRAMIENTA…………………………………….. 7

1.3 GENERAL DE LAS MAQUINAS. HERRAMIENTAS PARA CORTE DE VIRUTA………………….. 8

1.4 MOVIMIENTOS PRINCIPALES………………………………….. 23

1.5 VELOCIDAD DE CORTE VELOCIDAD DE ALIMENTACION... 33

1.6 FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DEL CORTE.. 34

CAPITULO II. ANALISIS DEL FENOMENO ARRANQUE DE VIRUTA 43

2.1 ANALISIS DEL FENOMENO……………………………………. 43 2.2 EL MODELO DE PIISPANEN…………………………………… 48

2.3 EL ANGULO DE CIZALLAMIENTO……………………………. 51

2.4 VELOCIDADES RELATIVAS Vv Y VF …………………………. 52

2.5 ENERGIA CONSUMIDA EN EL CORTE POR UNIDAD DE VOLUMEN

DE MATERIAL REMOVIDO, apFhET *

= ……………………………….. 55

2.6 EL MODELO DE PIISPENEN …………………………………… 55

2.7 PROBLEMA DE APLICACIÓN…………………………………… 57 2.8 ENSAYO SIMULADO SOBRE ANALISIS

DE CORTE DE VIRUTA …………………………………………. 58 .

3

CAPITULO III. HERRAMIENTAS DE CORTE …………………………….. 61

3.1 GENERALIDADES……………………………………………… 63

3.2 MATERIALES CONSTITUTIVOS……………………………… 64

3.3 GEOMETRIA DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE………… 77

3.4 CLASIFICACION DE LAS HERRAMIENTAS………………… 81

3. 5 DESGASTE Y VIDA DE UNA HERRAMIENTA………………. 93

3.6 TIEMPOS PRINCIPALES DE HERRAMIENTAS Y COSTOS.100

3.7 LA MADRILADORA……………………………………………… 114

3.8 MAQUINABILIDAD……………………………………………… 118 CAPITULO IV. MONTAJES PARA MAQUINADO……………………… 123

4.1 SUJECION DE LA PIEZA EN EL TORNO…………………….. 123

4.2 SUJECION DE LA PIEZA EN EL TALADRO…………………. 126

4.3 SUJECION DE LA PIEZA EN EL FRESADO…………………. 127

4.4 SUJECION EN EL CEPILLADO……………………………….. 128

4.5 SUJECION DE PIEZAS EN RECTIFICADO………………….. 129

4.6 MONTAJES PARA MAQUINADO……………………………… 130

4.7 EQUILIBRIO DE UN CUERPO EN EL ESPACIO……………. 133

4.8 SUPERFICIES DE APOYO……………………………………… 133

4.9 SUPERFICIES DE PARTIDA………………………………….. 136 4.10 SUPERFICIE DE REFERENCIA………………………………. 137

4.11 FORMA DE LOS APOYOS…………………………………….. 138

4

4.12 REPRESENTACION DE APOYOS Y APRIETES…………….. 139

4.13 NORMA NFE04-13 SOBRE LA SIMBOLIZACION DE LOS ELEMENTOS TECNOLOGICOS DE APOYO Y APRIETE… 140

4.14 EJEMPLOS DE APLICACIÓN…………………………………….. 153

4.15 CALCULO DE TORNILLOS, TUERCAS Y CLAMPS………….. 155

CAPITULO V. POTENCIA ABSORBIDA EN EL CORTE……………….. 164

5.1 EXPRESION DE LA POTENCIA DEL CORTE………………… 164

5.2 RENDIMIENTO MECANICO…………………………………….. 167

5.3 VALORES DE LA VELOCIDAD DEL CORTE ………………… 168 Y DE LA FUERZA DE CORTE.

5.4 POTENCIA CONSUMIDA EN EL TORNEADO………………... 175

5.5 POTENCIA CONSUMIDA EN EL FRESADO………………….. 175

5.6 POTENCIA CONSUMIDA EN EL RECTIFICADO……………... 178

5.7 POTENCIA CONSUMIDA EN EL CEPILLADO……………….. 182

5.8 POTENCIA CONSUMIDA EN EL TALADRO………………….. 189

CAPITULO VI. LAS TOLERANCIAS EN EL PRODUCTO DE MAQUILADO

6.1 SISTEMA I S O DE AJUSTES O TOLERANCIAS DIMENCIONALES…………………………….. 185

6.2 CALIDADES QUE PUEDEN OBTENERSE

CON LAS DISTINTAS MAQUINAS HERRAMIENTAS………… 186

6.3 DESIGNCION DE AJUSTES……………………………………... 190

6.4 TOLERANCIAS DE FORMA Y TOLERANCIAS DE POCISION. 190

6.5 RUGOSIDAD O ESTADO SUPERFICIAL……………………….. 194

6.6 GRADOS I S O DE RUGOSIDAD Y OTRAS ESPECIFICACIONES COMPARATIVAS………………. 195

5

6.7 CALIDADES QUE PUEDEN OBTENERSE

CON LAS DISTINTAS MAQUINAS HERRAMIENTAS………… 196

6.8 DESIGNACION DE LA TOLERANCIA…………………………… 199

6.9 AJUSTES…………………………………………………………… 204

6.10 DESIGNACION DE AJUSTES……………………………………. 208

6.11 EJEMPLOS DE AJUSTES………………………………………… 209

6.12 TOLERANCIAS DE FORMA Y DE POSICION………………… 215 SEGUN NORMA NFEC4-121

6.13 TOLERANCIAS DE FORMA Y/O POSICION QUE AFECTAN

A LAS SUPERFICIES CILINDRICAS …………………………… 217

6.14 TOLERANCIAS DE FORMA Y / 0 POSICION QUE AFECTAN A LAS SUPERFICIES PLANAS……………………… 219

6.15 TOLERANCIA DE ALABEO……………………………………….. 224

6.16 RUGOSIDAD O ESTADO SUPERFICIAL……………………….. 227

6.17 GRADOS I S O DE RUGOSIDAD Y

OTRAS ESPECIFICACIONES COMPARATIVAS………………. 235

BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………………. 239

6

INTRODUCCION EL OBJETIVO PRINSIPAL DE LOS PRESNTES APUNTES ES TAN AMPLIO Y CONCRETO ALA VEZ COMO EL PROPI TEMA DE LAS MAQUINAS-HERRAMIENTAS, EQUIPO Y TECNICAS DE MAQUINADO. SE PRETENDE DAR LOS PRINCIPIOS BASICOS PARA UNA MEJOR UTILIZACION DE LAS MAQUINAS-HERRAMIENTAS QUE TRABAJEN EL CASO ESPECIFICO DE CORTE CON DESPRENDIMIENTO DE VIRUTA. TOMANDO EN CUENTA QUE LA ACERERACION DEL CAMBIO TECNOLOGICO ES IMPORTANTE Y EL PERIODO DE TIEMPO MEDIO PARA SUSTITUCION DE LA TECNOLOGIA HA BAJADO 20 A 10 AÑOS Y AUN MENOS., SE HASE NECESARIO A QUIEN ESTE DENTRO DE LA INDUSTRIA METAL-MECANICA DOMINE LOS FACTORES QUE AN DOMINA DO LA EVOLUCION DE LAS MAQUINAS-HERRAMIENTAS POR ARRANQUE DE LA VIRUTA, SIENDO LOS VALORES PRINCIPALES: LOS AVANCES EN MATERIALES DE HERRAMIENTAS QUE HAN PERMITIDO DESDE PRINSIPIOS DE SIGLO HASTA MULTIPLICAR POR DIEZ LA VELOCIDAD DE CORTE. TENIENDO UN MAYOR CONOCIMIENTO DE LOS PROBLEMAS, EL DESARROLLO DE TECNICAS ANALITICAS PERMITEN UN ADECUADO DISEÑO, QUE OFRESCA POSIBILIDADES DE OPTIMISACION EN FASE PROYECTO. ADEMAS DE ESTOS FACTORES PURAMENTE TÉCNICOS HAY OTROS, LOS CUALES NO SE TRATA DE LOS PRESENTES APUNTES POR SER ASPECTOS OPCIONALES, DE ORGANISACION Y RELASIONADOS CON FACTORES HUMANOS QUE AN DETERMINADO DE ALGUNA FORMA EL DESARROLLO DEL TRABAJO EN LAS MAQUINAS. ENTRE ESTOS ASPECTOS DESTACA LA CONSIDERACION DE LAS ESTADISTICAS DE PIEZAS, LOS SISTEMAS DE FABRICACION Y LAS EXIGENSIAS DESDE PUNTOS DE VISTA DE SEGURIDAD HOY NOS ES POSIBLE POR LA EVOLUSION DE LA CAPASIDAD DE ARRANQUE DE VIRUTA PASAR EN EL TORNEADO, DE VELOSIDADES DEL ORDEN DE CINCO METROS POR SEGUNDO, A PRINSIPIOS DEL SIGLO A VELOSIDADES DE 40 M-MIN EN NUESTROS DIAS, TENIENDO COMO CONSECUENCIA, EN LAS MAQUINAS- HERRAMIENTAS UN INCREMENTO DFE LA VELOCIDAD MAXIMA EXTENCION DE LA GAMA DE VELOSIDADES, AUMENTO DE LA POTENCIA DE LAS MAQUINAS Y AUMENTO DE SU CAPASIDAD.

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LA MEJORA EN ACABADOS Y SU DETERMINASION ES UN FACTOR IMPORTANTE PARA PODER DETERNINAR AJUSTES DE GRAN PRESICION, LOS CUALES SON LOGRADOS PRINSIPALMENTE, EN MAQUINAS CON RIGIDEZ ESTATICAS Y ESTABILIDAD TERMICAS, TENIENDO ALGUNAS MAQUINAS AUTOMATICAS, LA POSIBLIDAD DE COMPENSACION DE ERRORES DEVIDOS A CAUSAS DIBERSAS, POR MEDIO DE EQUIPOS DE CONTROL. UN EJEMPLO DE ESTE TIPO DE SOLUSIONES SE ENCUENTA EN LA COMPENSACION DE ERRORES DE PASO DE HUESILLO EN SISTEMA DE CONTROL NUMERICO.

CAPITULO I

1.1 IMPORTANCIAS EN LAS MAQUINAS HERRAMIENTAS. Entre las diferentes clases de maquinaria, son las maquinas herramientas como tornos, fresadoras y taladradoras confirmadoras o rechazadoras y otras maquinas de taller corrientes, las que se emplean mas y de hecho se les llama herramientas maestras de la industria, ya que la mayor parte de los productos utilizados diariamente en el hogar como los utensilios de cocina, en la oficina en el uso de las maquinas sumadoras o de escribir etc. Son directa o indirectamente productos de las maquinas herramientas. Debido a las variaciones de los productos manufacturados, existen diferencias técnicas en las clases de maquinaria usada en las diversas industrias. Incluso en una misma industria, existen diferencias en la naturaleza y la capacidad de la maquinaria empleada en las distintas fabrica. Siendo esta maquinaria casi en su totalidad construida con otras maquinas herramientas. Las maquinas herramientas son utilizadas, en la fabricación de implementos para cualquier tipo de industria como: automotriz, fotografía, juguetería, agrícola, quimica, etc. Tienen pues las maquinas herramientas la mas extensa aplicación y constituyen la base mas conveniente para hacer adaptaciones con el fin de analizar otras clases de maquinas. También por supuesto con las maquinas herramientas es posible fabricar maquinas herramientas.

1.2 LA MAQUINA HERRAMIENTA. Una definición de una maquina herramienta es: “una maquina que funciona accionada por una fuerza que no sea la manual del hombre y que emplea una herramienta para trabajar un meta”.

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Las maquinas herramientas de mecanizado por arranque de viruta han experimentado en las dos ultimas décadas de evolución mas importante que en el resto de lo que va del siglo. La evolución de la tecnología en otros terrenos han facilitado el desarrollo de las maquinas constituyen una síntesis de la mecánica, hidráulica, neumática, eléctrica y electrónica y su análisis, investigación y diseño, resultan tareas interdisciplinarias y complejas. Podríamos asegurar que las maquinas herramientas forjan el futuro, ya que sin ellas no se tendría libertad para el trabajo interrumpido, acarreando con ello u progreso dolorosamente lento. Los hombres todavía estarían trabajando alrededor de catorce horas produciendo la quinta parte de lo que producen ahora en un turno de ocho horas a niveles tan bajos de productividad, los salarios no podrían haber llegado al nivel de subsistencia mínima. El futuro en estas condiciones seria incierto. Pero debido a las maquinas herramientas, tenemos los niveles elevados de productividad, la riqueza y la seguridad para fortalecer el progreso. Podemos por ultimo asegurar que la riqueza, la fuerza y la perspectiva futura de cualquier nación debe ser por medida en términos de numero y calidad de sus maquinas herramientas, así como de la capacidad de sus jefes para comprenderlas y aplicarlas.

1.3 GENERAL DE LAS MAQUINAS.

HERRAMIENTAS PARA CORTE DE VIRUTA. Es un dispositivo utilizado para transformar la energía eléctrica en energía mecánica, misma que la manifiesta en los esfuerzos necesarios para llevar acabo el arranque de viruta. Clasificación de las maquinas herramienta según su operación: 1.- Manuales 1.- de transporte -roladoras 2.-Semi-automáticas -troqueladora *sin arranque de viruta -inyectoras -extrusoras 2.- de operación -tornos *con arranque de viruta -fresadoras -taladros

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-cepillos rectificadoras 3. Automáticas maquinas programadas Control numérico. Desde el punto de vista, movimiento principal: Maquinas herramienta para corte de viruta 1. Rotativas (Vc =π dn = wr)

Convencionales, según su movimiento 2. Alternativas Vc = d t Principal.

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1.4 MOVIMIENTOS PRINCIPALES. Estos movimientos que en conjunto conforman la llamada CADENA CINEMATICA y la cual es particular para cada tipo de maquina herramienta convencional, ya sea TORNO, FRESADORA, TALADRO, CEPILLO O RECTIFICADORA, implican todos y cada uno de los movimientos que se puedan presentar en los diferentes mecanismos que provoquen, ya sea un movimiento intermitente o alternativo. En el esquema siguiente, se muestra el caso de la CADENA CIMENATICA DE UN TALADRO DE COLUMNA CON AVANCE AUTOMATICO. De acuerdo con el esquema antes mencionado y en el cual se observa en la pagina siguiente, es lógico suponer que en el estudio profundo sobre una cadena cinemática en particular, ya sea con el propósito de modificar con mejoras una que tenga o diseñar otra mas ideal a las necesidades que se planteen, es motivo de planeasen y desarrollo, tal que en esta obra sobre tecnología de maquinado solo consideramos en forma parcial, concretando sobre funciones terminales, que precisamente constituyen la base del objetivo que se persigue. Antes de concretar sobre los cuatro movimientos principales terminales que una maquina herramienta puede experimentar en las operaciones del proceso corte de viruta, es necesario considerar una forma somera algunos mecanismos que expresivamente donde se obtienen dichos movimientos principales terminales. Mecanismos principales de 1. CABEZALES. Las maquinas herramientas. 2. DEL CARRO PRINCIPAL O DE

BANCADA. 3. MECANISMO NORTON. 4. DE INVERSION DE MARCHA.

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Motor. Palanca selectora de velocidades del árbol principal. Manija del tope limitador de profundidad. Palanca para los embragues automáticos. Árbol porta-herramienta. Mesa Columna. Cabezal fijo. Caja de pulsadores de arranque y paro. Volante para el avance manual de la herramienta. Manija selectora de avances automáticos. Palancas de fijación de la mesa. Palanca para el movimiento vertical de la mesa. Base.

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En la figura siguiente, se tiene un tipo de cada uno de los mecanismos en consideración. En el mecanismo del carro principal o de bancada, la caja de engranes esta incorporada al mismo carro. Exteriormente lleva las piezas de mando, tales como palancas y volantes. El mecanismo de bancada tiene

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principalmente la misión de transformar el movimiento rotativo en movimiento longitudinal y transversal. El mecanismo Norton o de ruedas oscilante, es aquel en donde mediante una palanca oscilante puede hacerse engranar una rueda con ruedas dentadas de diferente tamaño. Con ello se varían las revoluciones del husillo de cilindrar y también los avances mediante un cambio de posición de palanca simple. En el cabezal fijo va dispuesto el husillo principal en el cual se genera un movimiento rotativo. El montaje de este husillo es uno de los más importantes, debido a que sus variaciones de diseño repercuten en el acabado superficial de las piezas maquinas. Por lo general es una flecha hueca, que permite el paso de una barra o tornillo de sujeción. Como soportes del husillo principal es usual emplear cojinetes de deslizamiento y de rodamiento. Los soportes de rodamientos implican en su utilización óptima, los más variados tipos particulares de valeros y rodillos. El husillo principal debe girar en los soportes sin juego alguno. Si existe juego en los apoyos, resultan fallas en la superficie maquinada y de cilindricidad en las piezas maquinadas debido a la vibración y desalineamiento del mencionado husillo. El mecanismo de inversión de marcha es utilizado precisamente para invertir el sentido del movimiento del carro portátil a la derecha a la izquierda. Para lograr lo anterior es necesario invertir el giro del husillo de guía y de cilindrar o el del tornillo sinfín. Las maquinas herramientas convencionales, proporcionan cuatro tipos básicos de movimiento, la pieza girada y la herramienta de corte avanza longitudinalmente para generar así cuerpos de revolución. Para la operación de cilindrado puede utilizarse este tipo de movimiento mientras que para refrenado es necesario un avance transversal de la herramienta. Fig. 1. El segundo tipo básico de movimiento, es el relativo entre la pieza y la herramienta, tal como se muestra en la Fig. 2. El tercer tipo de movimiento básico se caracteriza por el giro y avance de la herramienta de corte en tanto que la pieza permanece fija. Fig. 3. En el cuarto tipo de movimiento, la pieza se mueve y avanza contra la herramienta de corte mientras esta ultima gira. Este tipo de movimiento se presenta en operaciones tales como fresado y rectificado, aunque en el diagrama de movimientos del segundo ejemplo, se superponen varias combinaciones de rotación de la pieza o de la herramienta, avances longitudinales o laterales.

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¡Error!

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Funciones principales de una maquina herramienta Sujetar la herramienta. Sujetar la pieza. Mover la herramienta o la pieza; este movimiento da origen a la llamada velocidad

de corte ( )CV . Avanzar la pieza contra la herramienta o viceversa ( )AV .

1.5 VELOCIDAD DE CORTE VELOCIDAD DE ALIMENTACION VELOCIDAD DE CORTE: Podemos considerar que la velocidad de corte es aquella velocidad lineal relativa entre la herramienta y la pieza de trabajo en un punto de referencia llamado punto crítico o punto desfavorable.

nC dV π= dVn C

π=

Para maquinas rotativas, tales como el torno y la fresadora.

tVC

1=

21min__ CMVutoporGolpes =

Para maquinas alternativas, tales como el cepillo de codo y de mesa.

La mayoría de las gamas de CV y aV obedecen a la serie de números normales o Renard y cumplen con la razón: n 10 Por ejemplo:

Una fresadora cuya gama de CV fuera de serie 5 Renard:

._60058.1*400

._40058.1*250._25058.1*150._15858.1*100._100min__

5

4

3

2

rpmnrpmnrpmnrpmnrpmimanSi

=========

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Para el torno el punto se localiza sobre la superficie del diámetro máximo de la pieza. Para el taladro el punto se localiza sobre la superficie de la herramienta de corte (broca, rima, etc.) Para la fresadora el punto se localiza sobre la superficie de la herramienta de corte (cortadores). Para la rectificadora el punto se localiza sobre la superficie de la herramienta de corte (piedra o muela). Para el cepillo de codo o de mesa, se localiza sobre cualquier punto de la herramienta o de la pieza en contacto. Esto se debe a que siendo maquinas alternativas no tienen una velocidad de corte constante, sino que parte de cero llega al máximo y vuelve a cero. Observar diagrama.

CCC

m

m

VVVV

LVMPG

,2.1

,4.1

2...

=

=

Donde: G.P.M. =Golpes por minuto

mV = Velocidad media. L = Longitud T.C.C. = Tramo carreras cortas. T.C.M. = Tramo carreras medias. T.C.L. = Tramos carreras largas.

1.6 FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DEL CORTE.

La velocidad de corte para trabajos de producción en la industria, puede tomarse en manuales tablas ya que sus valores se determinan experimentalmente, ya sea como garantía de la fabricación de herramientas de corte o bien como índice de capacidad para el fabricante de la misma maquina herramienta. Los manuales mencionados, dan la velocidad en función de los siguientes factores: Material de la herramienta. Material de la pieza. Tipo de operación. Profundidad de corte.

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Alimentación o velocidad de alimentación (la aV , se simbolizara en el caso del torno solamente con una a, o sea ancho de la viruta, que implica la velocidad de avance). Acabados superficial requerido o rugosidad. Vida de la herramienta. 1.- MATERIAL DE LA HERRAMIENTA: Existen diferentes materiales para fabricar las herramientas de corte, las cuales pueden mantener considerablemente su dureza a diferentes temperaturas, siendo aquellas que pueden conservarla a temperatura mas elevadas las que permitan aplicar mayores velocidades de corte.

NOTA: El estudio profundo de estos materiales se tendrá en un capitulo posterior relativo a las herramientas fe corte. 2.- MATERIALES DE LA PIEZA: En general puede considerarse que los materiales blandos pueden trabajarse a mayores velocidades que los materiales duros. Otras propiedades tales como la abrasión, la ductilidad y la resistencia a la tensión, también afectan la velocidad de corte.

1.- Aceros al carbó 2.- Acero rapido 3.- Estelita MATERIALES CONSTITUTIVOS 4.- Carburos DE UNA HERRAMIENTA 5.- Cerámica a). Oxido de aluminio 6.-Abrasivos b). Carburo de Silicio c). Diamante

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3.-TIPO DE OPERACIÓN: La velocidad de corte se ve afacetada de la misma manera por el tipo de operación, debido a las circunstancias en que se efectúa y la forma en que la herramienta ataca el material, por ejemplo, en el cilindrado en torno, el filo del buril esta en contacto continuo con la pieza y para evitar que el filo se queme, dicha velocidad debe ser relativamente baja. En el fresado el cortador tiene varios filos o dientes y solamente algunos de ellos están contando en un momento dado, por lo que en este caso, la velocidad puede ser mayor. En el taladro las circunstancias son muy desfavorables pues el filo esta en contacto con la pieza durante todo el corte y la herramienta se encuentra dentro del agujero dificultando la disipación del calor y el hacer llegar el refrigerante hasta el área donde se efectúa el corte, obviamente la velocidad tiene que reducirse. 4.-PROFUNDIDAD DE CORTE Y VELOCIDAD DE ALIMENTACION: (Incluyendo también el punto 5); estas dos fases, afectan el valor de la velocidad de corte porque mientras mayor sean, se hará un trabajo también mayor y consecuentemente se generara mas calor, para que esta energía calorífica no eleve la temperatura de la herramienta mas allá del limite conveniente, puede agregarse un refrigerante y aminorar la velocidad de corte. 6.- ACABADO SUPERFICIAL: Se ha encontrado experimentalmente que el acabado de la superficie trabaja por desprendimiento de viruta, se mejora bastante si la velocidad de corte se aumenta al mismo tiempo que se reduce la velocidad de alimentación. Antes de considerar el factor 7, se introduce a continuación, tablas practicas que relacionan la profundidad de corte , el material de la herramienta, el material de la pieza y el tipo de operación, así mismo se considera el medio en que se desarrolla el proceso, ya sea húmedo o seco o con lubricante especial.

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CAPITULO II ANALISIS CUALITATIVO Y CUANTITATIVO DEL PROCESO DE CORTE

2.1 ANALISIS DEL FENOMENO El proceso de corte en la industria moderna es de capital importancia, debido a la amplia utilización que tiene; se puede imaginar los efectos económicos tan grandes que genere cualquier avance o mejora de este proceso de manufactura. Sin embargo, no fue sino hasta alrededor del año 1920 cuando empezó una investigación sistemática y profunda sobre el, pues hasta entonces se hacia prácticamente todo bajo reglas practicas o por imitación de otros trabajos similares. Consideremos en primer término el corte normal u ortogonal tal como se muestra en la Fig. l, en el cual el filo de la herramienta es perpendicular a la dirección del corte.

..

.__.__Pr

PiezaPaHerramientH

cortedeVelocidadVcortedecofundidadP

C

====

Puede hacerse algunas observaciones al efectuarse el corte: El material de la pieza no se separa adelante del filo de la herramienta, sino que la viruta se desprende por un efecto cortante, resultando esta de un espesor mayor que la profundidad de corte y de una longitud menor que el largo del material cortado. Prácticamente no hay flujo de material hacia los lados, lo que significa que el ancho de la viruta es igual al ancho del corte. La temperatura de la herramienta y de la viruta se elevan, en comparación a la que tenían la primera antes de empezar el corte y la segunda en relación al metal no deformado; esto nos indica que durante la operación se genera una determinada cantidad de calor.

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En algunos casos, algo de material de la pieza se adhiere a la punta de la herramienta, perjudicando las condiciones normales de corte, pues altera los ángulos del filo y de ataque, aumenta el rozamiento y produce una superficie mal acabada en el material no deformado. Lo que sucede durante el corte se puede ver de una manera objetiva, ya sea en macrofotografías, por medio del modelo ideado por el ingeniero Piispanen, o bien, desarrollando un ensayo simulado en donde se utilizaran en lugar de material, aceite con aserrín tal como se muestra en la película tomada en los laboratorios de la Escuela Nacional Superior de Arte en Metiers Francia. En la figura 2b (macrofotografía), se muestra el corte de un acero SAE 3115, con herramienta de acero rápido y refrigerante de tetracloruro de carbono, pudiéndose notarse la línea de cizallamiento A B y el ángulo de ataque; la superficie obtenida es lisa, pues el corte es limpio; en la Fig. 3, se observa que hay adherencia de material de la pieza en la punta de la herramienta, lo que provoco una superficie mal acabada, es decir rugosa, tal como se menciono en el inciso d), lo cual es indispensable. La Fig. 4., nos muestra esquemáticamente el modelo de Pispan, en el que se nota el deslizamiento de las placas, que es mayor con respecto al material no deformado (paquete) que no ha tocado la punta de la herramienta; la parte superior de las placas desplazadas (o sea el material deformado en el corte) exhibe una superficie similar a la que tiene la viruta de las macrofotografías mencionadas, indicando así que en efecto, se produce ese deslizamiento. La parte inferior de las placas tiene una apariencia similar a la superior, lo que no sucede en la viruta producida en el corte, pues la cara en contacto con la herramienta esta sujeta a una especie de bruñido, lo cual cambia su apariencia.

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El rozamiento entre viruta y herramienta es un factor desventajoso muy importante en el corte, siendo conveniente reducirlo a lo mínimo posible, llevando a cabo uno o mas de los puntos siguientes: Utilizar materiales en la fabricación de las herramientas que tengan un coeficiente de fricción bajo; aumentar la velocidad de salida de la viruta, es decir, incrementar la velocidad de corte; mejorar la geometría de la herramienta, dándole los ángulos mas adecuados; tener un buen filo de corte y una superficie con buen acabado en la cara de ataque así como usar un refrigerante adecuado. Al disminuir el rozamiento entre viruta y herramienta se aumenta el ángulo de cizallamiento, causando esto a su vez que el espesor de la viruta sea menor; esto se ilustra en la figura 5.

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Para ayudar a la herramienta a disipar el calor que se genera durante el corte, se usa algún fluido llamado refrigerante y cuya denominación le viene precisamente de esa función, la principal que ejerce durante el corte. En resumen, puede decir que hay tres áreas que interesan fundamentalmente, en el proceso de corte. Estas se ilustran en la Fig. 6.

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1ª. Que incluye la línea de cizallamiento AB, es decir, el plano de cizallamiento, una de cuyas dimensiones es la longitud AB. 2ª. El lugar donde se juntan y actúan la viruta y la cara de ataque de la herramienta. 3ª. El material no deformado, o lo que es lo mismo, el acabado de la superficie maquinada.

2.2 EL MODELO DE PIISPANEN. Fuerzas que se generan durante el corte. En el año de 1942, el ilustre físico, E. Merchant, ideo la forma de analizar las fuerzas generadas por el corte de una herramienta, suponiendo que la resultante actuara en el filo y haciendo que su vector representativo fuera el diámetro de un círculo, tal como se ilustra en la Fig. 7.

Para entrar al examen de estas fuerzas, debemos antes dejar asentadas las siguientes consideraciones: El corte es ortogonal.

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El filo de la herramienta esta en condiciones optimas. El ángulo de claro α es suficientemente grande para que no haya rozamiento entre herramienta y superficie maquinada. El plano de cizallamiento se origina desde el filo de corte y se extiende hacia arriba. No hay flujo arterial en la viruta, es decir, su ancho es igual al ancho del corte. La profundidad del corte es constante. El ancho de la herramienta del corte es mayor que el de la pieza. La velocidad del corte es uniforme. Se genera una viruta continua y no hay adherencia de material de la pieza sobre el filo de la herramienta.

Si la fuerza tF la trasladamos al filo, formamos el filo de Merchant, en el cual podemos analizar sus componentes sobre tres sistemas de ejes, que son: Fh y Fv, paralela y normal a la dirección de la velocidad del corte. Fc y Nc, colineal y normal a la línea de cizallamiento A B. Ff y Nf, colineal y normal a la cara de la herramienta. Todos los pares de componentes son normales, pues por geometría, todas las líneas que terminan en los extremos de un diámetro se interceptan a 90° sobre la circunferencia. Los valores de esas fuerzas se pueden encontrar en función de dos de ellas, Fh y Fv, ya que estas se pueden medir experimentalmente al afectarse el corte, por medio de un dinamómetro como se vera oportunamente al tratar el tema de potencia necesaria para realizar el corte, de esa manera tenemos: Fc = AC

cos FAAD

=φcomo FA = Fh

AD = Fh cos φ 'φφ =

sen φφ FvsenDC

FvDC

== ;'

51

Fc = DCAD − ∴ FC= Fh cos φφ Fvsen− Fh ≠ Fc Ff = EA

γγ

cosFvEFFhsenFA

=

∴=

EA =EF +FA Ff = Fv cos γγ Fhsen+ Fc =Fh cos 1−−−−−−−−−−−− φφ Fvsen Nc =Fh sen 2cos −−−−−−−−−−+ φφ Fv Por otra parte : Ff = Ff sen γγ cosFv+ ------------------3 Nf = Fh cos 4−−−−−−−−−−− γγ Fvsen Del valor de estas dos últimas podemos obtener el coeficiente de razonamientoμ .

5*

**cos*

cos**−−−−−

−+

=−+

==γ

γγγγγμ

tgFvFhtgFh

senFvFhFvsenFh

NfFf

De las ecuaciones 1, 2. es posible deducir. El esfuerzo del corte promedio en el plano de cizallamiento:

ABxasenFvFh

AcFc φφτ **cos** −

==

Donde a – ancho de corte.

Pero φ*senPAB =

52

6*

****cos** 2

−−−−−−−−−−−

=pa

senFysenfh φφφτ

2.3 EL ANGULO DE CIZALLAMIENTO El ángulo φ es factible determinarlo por medición directa en la macrofotografía de un corte, pero ello representa varias dificultades; por otro lado, se puede calcular por el auxilio de otras mediciones directas más fáciles de llevar acabo. Por experiencia se sabe que la densidad de la viruta es igual a la de la pieza, y en consecuencia. LvavPvLaP **** = Donde p, a y L son la profundidad, el ancho y la longitud del corto, medidos sobre la pieza; Pv, av y Lv las dimensiones correspondientes a la viruta resultante. Ya se vio antes, que no hay flujo lateral de la viruta, es decir, que su ancho es igual al material cortado y entonces:

rLLv

Pvpendondeaa v === :

LvPvLP ** = Siendo la relación de la deformación de la viruta. Tenemos entonces de la Fig. 10

γγφ

γγφγγφ

γγφ

γφγφφ

γφφ

cos**1cot*

*1cos*cot*1*cos*cot*

cos*cot1

*cos*cos

)cos(**

rsenr

senrrsenrr

senr

sensensenr

ABsenAB

PvPr

−=∴

−==+

+=

+=

−==

53

O bien :

γγφ

senrrtg

*1cos*

−=

Para obtener el valor de r se refiere a hacerlo en función de las medidas directas en las dimensiones L y Lv, que es más fácil que hacerlo con la profundidad y el espesor de la viruta, pues dada la rugosidad, de esta, se dificulta medir con Pv con exactitud.

2.4 VELOCIDADES RELATIVAS Vv Y VF Es interesante también conocer las velocidades de la viruta sobre la cara

de la herramienta fV , y la relativa entre el material deformado (plaquetas de

Piispanen desplazándose) y la pieza vV , en función de la velocidad del corte cV

que es la paralela a hF . En el diagrama vectorial indicado en la Fig. 11.

)cos(cos*

8*

)cos(**

7)cos(

γφγ

γφφ

γφφ

−=

−−−−−−−−−−−−−−−−−−=

−==

−−−−−−−−−−−−−−

=

cv

cf

cf

VV

VrV

ABsenAB

PvPr

senVV

COMPROBAR QUE: )cos(cos;

)cos( γφφ

γφφ

−=

−= cv VVsenVcVf

DE ACUERDO AL SIGUIENTE DIAGRAGMA VECTORIAL CONDICION: γφ >

55

)cos(cos

)cos(cos

)cos()cos(cos

)cos(cos*coscos

)cos(*cos*cos*cos*cos*cos

cos(**cos*cos*cos*coscos**

*)cos()cos(*)cos()(**

__

cos*)cos(

)(**

)cos()(**cos*

cos*)(**)cos(

)(cos*

1*

)*cos(

)'2()5(

5)(

cos*)(*cos*

)(cos)4()3(

4cos

3)(*)(

)cos(

'2*)cos(*)2()1(

2)cos(

1*

2222

22

γφγγφ

γγφ

φφγφ

γφγφγφ

γφφγφγφφγφγφ

γφγφφγφγφφγφ

γφγφγφφ

φγφ

γφφ

γφγφφ

φγφφγφ

γφφ

φ

γφ

γφ

γφφ

γφφ

γφ

γφγφ

γφφ

φγφ

γφ

φφ

−=

−=

−+

=−

+=

−++−

=

−+−

=

−−−+−

=

+−

−=

−−

=−

−−

=−

−−

=

−−−−−−−−−−−−

−=

−−=

−−=

−−−−−−−−−−−−

=−

−−=∴

=−

−=∴

−−−−

=−

−−−−−−−−−−−−=−

−−−−−−−=∴=

VcVv

VcVv

sensenVcVv

sensensensensenVcVv

sensensensensenVcVv

VcsensenVc

VcVv

VcENTREDIVIDIENDO

VcsensenVcVv

sensenVcVcVv

VcVvsensenVc

senvcVv

senVcen

senVcVvVf

senVfVvVcVc

VfsenVven

VcyVv

senVfyVf

Ysen

senVcVf

VfsenVcen

Vfx

senVcxVcxsen

56

2.5 ENERGIA CONSUMIDA EN EL CORTE POR UNIDAD DE VOLUMEN

DE MATERIAL REMOVIDO, apFhET *

=

2.6 EL MODELO DE PIISPENEN Con objeto de encontrar el valor de X, PIISPANEN considero la representación grafica de la figura 12. Esta representación se considera el material a cortar como constituido por placas sobrepuestas en donde cada una exhibe una superficie igual a la inferior correspondiente.

57

[ ]

c

fff

c

vcc

VaPVF

E

quetenemostoloPorVaP

FFEmaneramismalaDe

PuaP

xDespejando

asenxsen

Pinch

aBCABPuVolumen

***

:__tan__**

*:___

.lg*1;

*_*_1

**lg_1

3

3

=

=

=

=

==

φφ

=TE Energía total consumida en el corte por unidad de volumen de material removido.

=cE Energía consumida en el cizallamiento por unidad de volumen de material removido.

=fE Energía consumida en fricción por unidad de volumen de material removido. =vV Velocidad relativa entre la viruta y el material de la pieza. =fV Velocidad relativa entre la viruta y cara de ataque de la herramienta.

58

)cos(

)cos(cos

γφγγφ

γ

−=

−=

senVcVf

VcVv

2.7 PROBLEMA DE APLICACIÓN En un ensayo de maquinado se trabajo con los datos siguientes:

f

C

T

C

V

H

EcEbEa

Calcular

PiesV

lbFrPlbFa

)))

:min542

_101_________33.0´´_____1009.1_127__________10__________250.0

3

=

==×=

=°==−

γ

59

TT

TTf

c

cv

vHc

c

vcc

f

cf

vhf

vhf

vhf

c

fff

HT

EEE

EEE

inlbE

PiesVV

lbsensenFFFI

arcsenI

arcsenrIrarc

VaPVF

E

inlbE

PiessensenVV

lbFsenFF

FsenFF

senFsenFFVaP

VEEb

inlbXFEa

%69_%996.0%683.0

055,466730,318

_%31_%313.0055,466060,146

_730,318542*09.1*250.0

10*41.540*143.87**

min41.540

9877.09848.0542

)1019cos(10cos542

)cos(cos

_143.87825.321203256.0*101945.0*1271910119cos127cos

193448.0tan1735.0*33.0

9848.0*33.0tan_1033.0

10cos33.0tan_*

cos*tan_**

***

_060,146542*25.0*09.1643.178*512.122*

min643.178

9877.03256.0542

9cos19542

)cos(

_512.12250.10010.22cos9848.0*1011736.0*127cos

10cos10110127cos**

*)

*055,46609.1*250.0

10*127*_)

3

1

3

===

==

−==

==°−°

°=

−=

=−=−=°−°=−=

°==−

=°−

°=

−=

=

−==

==°°

=−

==

=+=+=

+=+=

°+°=+=

=

===

−

γφγ

φφγγφ

γφφ

γγ

γγ

γγ

PROYECCION DE LA PELICULA

2.8 ENSAYO SIMULADO SOBRE “ANALISIS DE CORTE DE VIRUTA”

OBJETIVO: Que el alumno visualice la existencia del plano de cizallamiento, así como las relaciones entre velocidad de corte, velocidad de flujo y ángulo de ataque γ LA VELOCIDAD DE FLUJO DEPENDE: 1º.- Del valor del ángulo de corte o ataque;

60

2º.- De la velocidad de corte:

3º.- De la naturaleza del material, por ejemplo: Al aluminio puede aceptársele una gran velocidad de flujo. Al acero pues aceptársele una velocidad de flujo baja. CONSECUENTEMENTE: Vamos a seleccionar el ángulo de corte γ en función de la naturaleza del material para controlar la velocidad de flujo. RESUMIENDO: Para una herramienta de acero rápido, trabajando sobre un acero medio duro a 0.4% de Carbono.

.____var_min38

35

min20

_________25

frontaldesgasteelerapidamentemosObsermV

Si

mV

ttiempounenobservablefrontaldesgastehabraNo

c

c

n

=

°=

=

°=

γ

γ

61

PARA HERRAMIENTAS DE ACERO RAPIDO

ioalutrabajarParaaCdulceacerotrabajarPara

CduromedioacerotrabajarParaCduroacerotrabajarPara

min___4035)_%1.0_(________30

)_%4.0_(_________20)_%8.0_(________10

°°=°=°=°=

γγγγ

Aumentar la pendiente de corte a una herramienta es aumentar la velocidad de flujo. Aumentar la velocidad de flujo es aumentar la pendiente de corte.

62

CAPITULO III LAS HERRAMIENTAS DE CORTE

RESUMEN HISTORICO

Las herramientas son unos de los descubrimientos más antiguos de la historia

de la humanidad.

Hace cien mil años ya usaban los hombres primitivos herramientas de madera.

La madera fue siendo reemplazada sucesivamente por conchas, piedras y arena,

posteriormente, por los metales como el cobre, el bronce y el hierro. Se cree que

la primera herramienta que se empleó para el trabajo de los metales fue el cincel,

probablemente de bronce. Las herramientas para los tornos de nuestros días son

unos descendientes remotos de este primitivo cincel.

Llego un tiempo en que las herramientas de hierro fueron substituidas por otro

material más moderno: EL ACERO. Se empleo acero de carbono, que poco a

poco fue sufriendo sucesivos perfeccionamientos con objeto de concederle mayor

fuerza.

Como curiosidad puede mencionarse un material poco conocido, la fundición

blanca colada en coquilla que ha sido utilizado para herramientas de corte.

El año 1898 es una fecha trascendental en la historia de los materiales parta

herramientas, ya que en este año se fabricaron por primera vez herramientas de

acero rápido, cuya eficiencia era entre dos y cuatro veces mayor que la de las

herramientas de acero al carbono. Dos años más tarde, en la exposición universal

de Paris de 1900 estas herramientas despertaron extraordinario interés. Los

perfeccionamientos del acero rápido no se hicieron esperar, en 1906 se introdujo

la adición de vanadio para mejorar sus características.

63

La diferencia mas importante entre los aceros rápidos y los aceros de carbono

era que los primeros mantenían su dureza has los 650ª C, mientras que los aceros

al carbón comenzaban a perderla a los 250ªC.

El empleo del acero rápido acelero el perfeccionamiento de las máquinas

herramientas.

Hacia 1915 se introdujeron las aleaciones fundidas estelita y tantung. Su

análisis típico mostraba un contenido de carbono de alrededor del 2%, cobalto

hasta el 50%, cromo al 30% y volframio, hacia que estas aleaciones fueran muy

resistentes al desgaste. Al contrario de lo que ocurría con el acero al carbón y el

acero rápido, estas aleaciones no requerían tratamiento térmico. Otra ventaja de

las estelita era que su coeficiente de dilatación era muy parecido al del acero al

carbono, lo que permitía aplicar estelita sobre una superficie de acero al carbono

mediante soldadura oxiacetilénica, por ejemplo.

Alrededor de 1920 se introdujo el metal duro, lo que constituye el progreso mas

importante en el campo de materiales para herramientas desde la aparición del

acero rápido. Al principio, los metales duros empleados solo eran apropiados para

trabajar la fundición, pero hacia 1931 se empezaron a usar también metales duros

para trabar el acero.

El último perfeccionamiento en materiales para herramientas tuvo lugar hacia

1950, año en que empezaron a fabricarse plaquitas cerámicas para trabajos de

corte.

64

3.1 GENERALIDADES

Útil de trabajo que durante el corte de viruta realizado por la maquina

herramienta, realmente se encuentra en contacto con la pieza que se esta

maquinando debido a lo cual se puede considerar como la parte vulnerable del

sistema.

Para comprender mejor lo establecido en el párrafo anterior recordemos que en

un proceso de maquinado bien planeado, del total de la energía consumida para

llevar a cabo el corte, un 75% es utilizada para separar la viruta de la pieza y un

25% para vencer la fricción entre la misma viruta y la cara de ataque de la

herramienta lo cual origina la presencia de altas temperaturas durante la

operación.

Considerando por otra parte que el tiempo de duración de una herramienta

trabajando en condiciones normales de operación (desbaste) es relativamente

corto, aproximadamente 90 minutos, es lógico pensar entonces porque desde sus

albores, la herramienta ha sido objeto de investigaciones sucesivas que la han

evolucionado sobre todo en sus materiales constitutivos desde los aceros al

carbón, hasta la cerámica y el diamante.

Es pues debido a las observaciones anteriores que el estudio profundo de las

herramientas de corte reviste una importancia preponderante en los procesos por

corte de viruta.

65

3.2 MATERIALES CONSTITUTIVOS

Para las herramientas de corte se emplean varias clases de materiales

cortantes. Su elección depende de la operación que se ha de ejecutar, de la

facultad de maquinado, del material que se ha de trabajar, de la velocidad de corte

y avance, de las condiciones de la maquina, del acabado y de la exactitud

requerida en las dimensiones de la pieza. Los materiales para herramientas son:

1. acero al carbón.

2. acero rápido o alta velocidad.

3. carburos.

4. cerámica

5. abrasivos.

1.- Aceros al carbón (0.9 a 1.3% de C). Pueden afilarse hasta obtener una

arista cortante muy aguda, pero pierden dureza, y por tanto, capacidad de corte si

la temperatura del filo excede de 230ªC; por esta razón los aceros de

herramientas al carbón suelen utilizarse para trabajar piezas de latón.

2.- Aceros rápidos o alta velocidad. Los aceros en los que el tungsteno es el

principal elemento de aleación, contienen del 14 al 22%, se designan por la letra

“T”, seguida de un número. Los aceros rápidos, cuyo principal elemento de

aleación es el molibdeno, contienen del 6 al 9%, mas 1.5 al 6% de tungsteno, se

designa por la letra “M”, seguida también de un número.

66

Se llaman aceros alta velocidad o rápidos porque no pierden su dureza (63 a 68

Rc). Cuando trabajan a alta velocidad suficientemente grandes para generar calor

hasta llegar al rojo. Se añade cobalto a estos aceros para aumentar su dureza al

rojo en cortes profundos donde se genera excesivo calor. Los aceros rápidos se

usan ampliamente en toda la industria para el maquinado de toda clase de

materiales.

3.- Carburos sintetizados (metal duro). Se trata de carburos metálicos que

permiten arrancar la máxima cantidad de material por unidad de tiempo, ya que

pueden trabajar a velocidades de corte extraordinariamente elevadas. Los

avances acostumbran ser mas ligeros con las herramientas de aceros rápidos o

aceros aleados, los carburos estrictamente de tungsteno se emplean para

maquinar hierro fundido, aluminio, aleaciones no ferrosas, plásticos y fibras. Los

carburos combinados. Carburos de tungsteno, más titanio o carburo de tantalio o

ambos. Sin embargo, la mejor guía para elegir el tipo o grado de estos aceros se

hallara en las prescripciones de los propios fabricantes.

68

Muchos de los grados comerciales de carburo hacen uso simultaneo de TiC y

TaC como aleaciones adicionales a la aleación básica WC –Co para un contenido

de cobalto dado y aumentar la vida de la herramienta mas que las de Wc – TaC –

Co.

CLASIFICACION POR GRADOS DE LOS POLVOS Y MEZCLAS DE CARBURO DE TUNGSTENO:

a). Grado para corte de materiales ferrosos, no ferrosos y no metálicos. El

carburo de tungsteno mezclado con el cobalto en polvos, con una relación de 90 a

93% WC y de 5 a 6% Co le da al producto final una resistencia buena al desgaste,

a la ruptura y mas durabilidad.

En el corte de piezas de hierro fundido, metales no ferrosos y materiales no

metálicos donde la rababa formada en la cara superior de la herramienta no es

dura ni continua y además se tiene un desgaste constante en el flanco de la

herramienta, el carburo de tungsteno es el material mas indicado para efectuar

dicho trabajo.

En la elaboración de herramientas de corte es común usar una mezcla en

proporción de 93% de WC y 7% Co para efectuar este tipo de trabajo en dichos

materiales, cubriéndose con ellas el 80% de las operaciones; para efectuar

trabajos con acabado fino en los materiales antes mencionados a este tipo de

mezclas se le pone un menor contenido de Co.

b). Grado para el corte de aceros. Para el corte de aceros es necesario considerar

el desgaste abrasivo lateral de la herramienta, como en el caso del corte de fierro

69

colado, sin embargo debido a que se forman virutas continuas y duras en la cara

superior de la herramienta, se crean presiones muy grandes que elevan la

temperatura de operación y fuertes fricciones pudiendo fallar la herramienta ya

que se forman cracters en la parte superior de la misma, esto hace ineficaces las

herramientas hechas con grados que contengan WC y Co, por lo que se recurre a

las mezclas de WC y TaC en relación de 92% WC y 6% TaC.

Con estas nuevas mezclas es posible reducir considerablemente la fricción,

temperatura de operación y la formación de cracters.

Ya que existe un número muy grande de aplicaciones para este tipo de

herramientas en el trabajo de los aceros, el grado de uso general es

proporcionado por las mezclas de WC y TiC en relaciones de 95 a 5% y de WC

con TaC en relaciones de 95 a 4%, cubriéndose con ello el mayor numero de

operaciones.

Existe un rango medio en este grado donde las relaciones de los polvos de WC

TaC es de 92 a 6% lográndose con estas herramientas cortes muy finos.

c). Grado para dados de estiraje. Los grados mencionados anteriormente, tiene

una aplicación muy grande ya que además de permitir trabajar muchos materiales

comerciales es posible usar los tipos de mezclas que los constituyen para fabricar

otros tipos de herramientas para operaciones no especificas, como lo son el

estiraje de metales diversos, donde el dado sufre un desgaste muy grande, para

ello se recurre a los antes descritos con algunas variaciones, por ejemplo se usan

de ambos grados una mezcla con polvos de WC, Co, TaC y TiC.

d). Grado para herramientas sometidas a impactos. Debido a que para esta

operación se necesita que la pieza tenga una resistencia tal a los esfuerzos

70

radiales provocados por el cabeceo en frío y tener una buena resistencia al

desgaste, es necesario recurrir a las mezclas de WC y Co en proporciones de

93% WC y 6% Co, se caracteriza este grado por tener un alto contenido de

cobalto, suficiente para estampado. Estos grados se diseñan para cubrir las

aplicaciones de estampado y perforado en materiales suaves y delgados, donde

las proporciones son de 94% WC, 3% Co y 3% de otros materiales.

f). Grados para aplicación en minería y percusión. Esta serie de grados, se

aplican para elaborar las herramientas empleadas en la minería, en la cual se

requiere de una resistencia bastante considerable a la ruptura y las mezclas para

dichos grados están en proporciones de 93% WC a 95% WC, 7 a 8% Co, 6 a 8%

TiC y 5 a 7% TaC.

El consumo de estos polvos para la industria nacional del ramo, esta indicado

aproximadamente en la siguiente tabla, de entre los polvos diferentes que se

consumen en el país por las industrias, este es uno de los más caros por lo que es

necesario tratar de recuperar los excedentes antes de que las piezas defectuosas

sean sintetizadas.

MATERIAL CONSUMO Ton / Año

Polvos de WC 200

Polvos de Co, TiC, TaC 70

Polvos de Cu 80

TABLA CONSUMO ANUAL DE POLVOS

4.- Cerámica. Es un tipo de inserto prensado en frío o caliente, con una alta

pureza de oxido de aluminio y carburo de titanio. Estas herramientas proporcionan

una alta eficacia tanto de operaciones de desbaste como en operaciones de

71

acabado, torneado y barrenado, puede ejecutar operaciones de corte en hierro

fundido y en aceros tratados con una dureza de 40 Rc maquinado con velocidades

de 1.52 m/seg. (91.2 m/min.) Co más, obtenido un súper acabado tal que elimina

la necesidad de rectificado.

La baja conductividad térmica que ofrece la cerámica, hace que el calor que

genera y el desprendimiento, sea transmitido a la rebaba o viruta y así el inserto

se mantiene a bajas temperaturas ofreciendo una buena resistencia al desgaste y

una excelente tenacidad. El inserto de cerámica asegura mas piezas por inserto y

más piezas maquinadas en un menor tiempo, aumentando considerablemente la

productividad. Aunque por su fragilidad se hace necesario que la sujeción de la

pieza de la maquina sea bueno para evitar al máximo posibles vibraciones, que

ocasionan que el inserto se fragmente.

5.- Abrasivos. Los materiales abrasivos comerciales habitualmente usados para

muelas son naturales o artificiales. El esmeril y el corindón son abrasivos

naturales: el carburo de silicio, oxido de aluminio, diamante molido y carburo de

boro son productos artificiales.

El esmeril es un abrasivo muy tenaz y duradero, pero contiene hierro y

elementos no cortantes es usado poco en las maquinas automáticas de rectificar.

Su uso como abrasivo esta limitado casi a las telas y papeles de esmeril.

El corindón es mas puro que el esmeril y contiene una proporción mucho mayor

de alumina cristalizada, que es el elemento cortante de ambos abrasivos, el oxido

de aluminio es de pureza algo variable, según el yacimiento del que se extrae; su

fractura es conocida y generalmente cristalina.

El carborundum, nombre comercial del carburo de silicio, como abrasivo, es un

producto obtenido en el horno eléctrico. Sus principales componentes son coque y

72

sílice. El coque suministra el carbono y el sílice el silicio; su fractura es de aspecto

cristalino y agudo.

El alundum (alumina hidratada) se fabrica también en el horno eléctrico por la

fusión del mineral llamado bauxita, que era considerada infusible hasta la

invención del horno eléctrico.

La bauxita es una tierra blanda que se parece algo a la arcilla amarillenta.

Químicamente es la forma mas pura de la alumina que se encuentra en la

naturaleza. La aloxita se compone esencialmente de alumina; es así mismo, un

producto del horno eléctrico y se obtiene calentando la piedra que contiene este

oxido, con ciertos ingredientes que se añaden para eliminar las impurezas.

Como se ve estos abrasivos sintéticos son obtenidos también en el horno

eléctrico al fundir oxido de aluminio; son de calidad uniforme, con un 98% de

pureza, rompen con una fractura cristalina aguda y tienen una tenacidad poco

corriente, que da a sus aristas una resistencia extraordinaria al choque. Las

muelas de rectificar suelen fabricarse con oxido de aluminio.

a.- tipo de abrasivo.

b.- tamaño de grano.

Características de selección c.- grado de dureza.

De una rueda abrasiva (muela) d.- estructura o porosidad.

e.- tipo de liga o aglutinante.

a.- Tipo de abrasivo. No siempre es tarea fácil seleccionar al abrasivo

apropiado para las muelas de rectificar. El carburo de silicio y el oxido de aluminio

son abrasivos con campos propios de aplicación y son varios los trabajos en los

73

cuales la elección es algo de criterio personal. Téngase presente que la dureza y

tenacidad de estos dos abrasivos varían algo, alterando sus características.

El carburo de silicio, presenta a la vez mayor dureza y tenacidad (resistencia al

choque) mas elevado que el oxido de aluminio.

Se adapta mejor para rectificar materiales muy duros, tales como carburos

(metal duro), piedras y materiales cerámicos, los cuales embotan los abrasivos de

oxido de aluminio.

Los metales y otros materiales de baja resistencia a la tensión se rectifican

mejor con la muela de abrasivos de carburo de silicio.

La siguiente lista da los materiales que han de rectificarse con los dos tipos de

abrasivos sintéticos.

Carburo de silicio Oxido de aluminio

Fundición gris y en coquilla Acero al carbón

Latón y bronce blanco Aceros aleados

Cobre y aluminio Aceros rápidos

Mármol y otras piedras Hierro maleable recocido

Caucho y cuero Hierro forjado

Aleaciones muy duras Bronces duros

Carburos sinterizados Hierro maleable sin recocer

Todo abrasivo tiene dos componentes: el abrasivo, que efectúa realmente el

corte de material y el aglomerante, que mantiene unidos los granos del abrasivo

mientras cortan. La eficiencia del corte de una muela depende sensiblemente del

tipo de abrasivo empleado. El grado o dureza de una muela es función del

74

porcentaje relativo de aglomerante usado. Por si mismo, el abrasivo es

extremadamente duro en todas las muelas y los términos dura y blanda se refieren

a la resistencia del aglomerante respecto al abrasivo; cuanto mayor sea el tanto

por ciento de aglomerante respecto al abrasivo, cuanto mas fuerte los soportes del

aglomerante y cuanto mas densa la capa de aglomerante alrededor de los granos

abrasivos tanto mas dura será la muela. Por lo tanto las funciones del aglomerante

son:

• Mantener unidos los granos del abrasivo.

• Dar el factor apropiado de seguridad a la velocidad de corte de la muela.

• Modificar la dureza o resistencia de la muela de acuerdo con el tipo de

trabajo a que se destine.

En el caso de que la muela sea demasiado dura, el aglomerante retiene los

granos cortantes demasiado tiempo, con lo cual se embotan; la muela entonces

deja de cortar, o en el caso de una muela blanda, el aglomerante es insuficiente

para retener con firmeza los granos y estos se desprenden de la muela antes de

haber realizado el trabajo requerido. Cuando una muela ha sido seleccionada para

trabajo de rectificado y se vuelve lustrosa, es que las partículas cortantes se han

embotado o gastado al nivel del aglomerante, el cual es tan duro que los granos

no se desprenden cuando se han vuelto demasiado romos para un corte efectivo.

El lustre puede indicar que la muela es demasiado dura para el trabajo a que se le

dedica o que lleva una velocidad demasiada elevada. En dado caso que los poros

o intersticios entre las partículas cortantes quedan parcial o totalmente llenos de

viruta del material que se rectifica, se dice que la muela esta cargada.

b y c. Tamaño de grano y grado de dureza. Las muelas de rectificar se fabrican

con varias combinaciones de dureza y magnitud de grano o tamaño, que se

determina por una cifra que indica el numero de mallas por pulgada lineal que

tiene el tamiz empleado para separar los granos, para satisfacer diferentes

75

exigencias del trabajo. Son cifras universalmente aceptadas por los fabricantes de

abrasivos.

El material abrasivo se muele y criba, separando los granos por tamaños,

desde el basto al fino, por ejemplo el grano numero 20 significa un tamaño que

pasa justamente a través de una criba o tamiz que tiene 20 mallas por pulgada

lineal.

Se entiende por grado la dureza relativa de la muela, o bien la resistencia que

opone el grano a desprenderse de la muela bajo la presión de corte; los factores

que determinan la dureza de la muela son: el tipo de aglutinante, la cantidad de

aglutinante, en relación al grano y la densidad a la que es prensada la muela.

Una de las reglas del esmerilado más útiles dice, para materiales blandos

utilizar muelas duras, mientras que para materiales duros emplear muelas

blandas. Esto se explica pensando que cuanto mas duro es el material a

esmerilar, el aglutinante debe soltar mas fácilmente los granos ya utilizados y dejar

que se presenten nuevos granos afilados que efectúan un buen corte. La dureza

de una muela se expresa con una letra que en orden alfabético va de blanda a

dura.

76

d. estructura o porosidad. Es la relación que existe entre el grano abrasivo y los

espacios abiertos dentro de una muela. Los números 1 al 15 indican

progresivamente un mayor espaciado de los granos (llamada a veces estructura

más abierta).

La estructura de la muela esta definida por un número:

Densa……….0, 1,2

Mediana……….3, 4

Abierta…………5, 6

Porosa…………7, 8 ,9

Superporosa………….10, 11,12,13, 14,15

77

e. tipo de liga o aglutinante. Las muelas se aglomeran por los procedimientos

siguientes:

• cerámicos o vitrificados.

• A base de silicatos.

• Con goma laca (elástico).

• A base de resina baquelita.

• A base de caucho.

Cada uno de estos aglomerantes tiene sus campos de aplicación particulares y

no hay ninguno que pueda dar mejores muelas para todos los trabajos.

Los aglomerantes cerámicos se obtienen con arcillas fundidas que resisten

perfectamente la acción del frío y el calor, con ello se consigue una mejor escala

de dureza que con cualquier tipo de aglomerante.

El aglomerante cerámico no llena completamente los huecos que quedan entre

los granos. Por ello, toda muela construida según este procedimiento, al ser mas

porosa que cualquier otra, puede utilizarse prácticamente para toda clase de

rectificado cuyas velocidades se hallan dentro de la gama prescrita. Solo hay una

excepción cuando la muela no tiene el espesor suficiente para resistir la presión

lateral, como en el caso de muelas de tronsar delgadas.

Las muelas de silicato se llaman así por su aglomerante, que esta construido

principalmente por silicato sodico. Este aglomerante deja desprender los granos

del abrasivo más fácilmente que el aglomente vitrificado. Por lo tanto, se

consideran de acción moderada y se emplean en el afilado de herramientas. Las

muelas de silicato están muy indicadas en aquellos rectificados en que la

generación de calor debe mantenerse al mínimo.

78

Las ruedas resinosas después de prensadas pasan directamente a los hornos,

en los cuales son horneados bajo control automático a una temperatura cercana a

los 200ªC. las ruedas así producidas tienen mayor resistencia que las vitrificadas,

pudiendo ser usadas a velocidades mas altas (45 a 48m/seg.).

Además, prestan la ventaja que pueden ser reforzadas, principalmente con

mallas tejidas de fibra de vidrio, aumentando enormemente su resistencia

mecánica. Los discos cortadores y esmeriladores y las ruedas planas reforzadas

pueden ser usados a 80m/seg.

3.3 GEOMETRÍA ELEMENTAL DE UNA HERRAMIENTA.

Las herramientas para tornear, cepillar, etc., se hacen rectas, desviadas y de

muchas otras formas, a fin de disponer los filos cortantes en la posición

conveniente para trabajar sobre superficies diversas. El contorno o forma del filo

cortante puede también variar para adaptarse a las diferentes clases de trabajo.

La geometría mas deseable debe ser intermedio entre la forma ideal y la que

se necesita para llenar los requerimientos prácticos.

GEOMETRÍA DE UNA HERRAMIENTA FUNDAMENTAL

MANGO: el mango es el cuerpo principal de la herramienta. Si esta es del tipo

de plaqueta postiza, el mango soporta la cuchilla o plaqueta.

79

NARIZ: es un término general empleado algunas veces para designar el

extremo cortante, pero usualmente se refiere en particular a una punta

redondeada del extremo cortante.

Vista en proyección ortogonal de los principales ángulos de una herramienta de

corte.

80

a) ángulo de desprendimiento posterior

b) ángulo de desprendimiento lateral

c) ángulo de incidencia del extremo

d) ángulo de incidencia lateral

e) ángulo del borde cortante del extremo

f) ángulo del borde cortante lateral

Viste en proyección ortogonal de los principales ángulos de una herramienta de

corte.

CARA: se llama cara a la superficie contra la cual roza la viruta al ser cortada,

en las operaciones de cepillado o torneado.

FLANCO: el flanco es la superficie adyacente al filo cortante y debajo de este

cuando la herramienta está en posición horizontal, como cuando se tornea.

BASE: la base es la superficie de la herramienta que se apoya contra el

soporte o bloque que mantiene la herramienta en posición.

ROMPEVIRUTAS: es una irregularidad en la cara de la herramienta, o una

pieza separada, sujeta a la misma o al porta-herramientas que tiene por objeto

romper la viruta en pequeños fragmentos y evitar que formen largos bucles o

rebabas.

ÁNGULOS DE UNA HERRAMIENTA DE CORTE.

ÁNGULOS DE DESPRENDIMIENTOS POSTERIOR.- cuando una herramienta

se le da cierto ángulo de inclinación que confiere una pendiente a la cara, la cual

se hace mayor al alejarse del extremo o nariz, midiéndose ente ángulo en

81

dirección del mango de la herramienta, se dice que tiene ángulo de

desprendimiento posterior positivo.

Cuando el filo cortante se inclina hacia abajo al aproximarse a la punta se usa a

menudo el término desprendimiento posterior negativo. Esta inclinación se da a la

herramienta para obtener una acción cortante en cortes interrumpidos. Tales

herramientas tienen generalmente ángulos de desprendimiento lateral positivo, de

ahí que no tengan una inclinación negativa verdaderamente.

ÁNGULO DE DESPRENDIMIENTO LATERAL.- es un ángulo formado por la

cara de la herramienta y una recta paralela a la base cuando a una herramienta se

le da cierta pendiente mediante cierta inclinación a la cara a la medida que se

aleja de un filo cortante situado a un lado, se dice que tiene un ángulo de

desprendimiento lateral. Se mide en un plano normal a la base y al eje de la punta.

Para facilitar el rectificado, el ángulo de desprendimiento puede darse como

desprendimiento normal, o sea, indicarse perpendicular a los bordes cortantes del

extremo y lateral.

ÁNGULO DE INCIDENCIA DEL EXTREMO.- se refiere a la superficie del

extremo y se mide desde un plano perpendicular ala base del mango de la

herramienta, el cual esta formado por la porción frontal del flanco inmediatamente

debajo del flanco.

ÁNGULO DE INCIDENCIA LATERAL.- es el formado por la porción de flanco

inmediato debajo del filo y una recta trazada desde este filo perpendicularmente a

la base, se mide en un plano normal al eje de la punta.

ÁNGULO DEL BORDE CORTANTE DEL EXTREMO.- es el ángulo formado

por el filo en el extremo de la herramienta y una recta perpendicular a la arista

lateral del mango en su parte recta.

82

ÁNGULO DE BORDE CORTANTE LATERAL.- es el ángulo formado por la

porción recta del filo lateral y el lado del mango de la herramienta si se trata de

una herramienta acodada este ángulo se mide desde la parte recta del mango.

Los ángulos que forma la herramienta con la pieza dependen no solo de la forma

de aquella, sino también de su posición respecto a la pieza, entonces el ángulo de

desprendimiento verdadero, es aquel que en las condiciones reales de corte,

forman la pendiente verdadera de la cara, desde el filo activo hacia la base de la

herramienta en la dirección en que se desliza la viruta.

3.4 CLASIFICACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE.

En la actualidad existen algunas tendencias o formas de clasificación en

función del material constitutivo y así se habla de herramientas de acero rápido,

carburos y abrasivos.

Otra tendencia es la de clasificar según su geometría y así se habla de

herramientas de monofilo y multifilo.

Una tercera versión o tendencia de clasificación es aquella que considera la

aplicación específica de la herramienta en la fase del proceso y que precisamente,

será la que consideraremos en este curso.

1.- Herramientas para Torneas.

Clasificación 2.- Herramientas para Cepillar.

según 3.- Herramientas para Taladro.

Aplicación 4.- Herramientas para Fresar.

83

5.- Herramientas para Rectificar.

NOTA: reflexione sobre el hecho de que un sinnúmero de herramientas son

comunes a las operaciones de Torneado, Taladro y Fresado.

HERRAMIENTAS PARA TORNEAR.

1. Herramientas para cilindrar. Figura # 1.

2. Herramientas para refrentar. Figura # 1.

3. Herramientas para roscar. Figura # 2.

4. Herramientas para moletear. Figura # 3.

5. Barras para interiores (mandrilado).

6. Brocas de centros, brocas helicoidales, machuelos. Figura # 4.

7. Herramientas para cortar, cuchillas. Figura # 5

8. Herramientas para maquinado de ranuras. Figura # 6.

HERRAMIENTAS PARA CEPILLADO.

1. Herramienta para desbaste. Figura # 7.

2. Herramienta para acabado. Figura # 8.

3. Herramientas de forma. Figura # 9.

HERRAMIENTAS PARA TALADRO.

1. Broca de centros. Figura # 10.

2. Broca helicoidal. Figura # 11.

3. Broca para maquinado de caja.

4. Rimas. Figura # 12.

5. Broca – rima.

6. Machuelos de producción.

7. Machuelo montado en machueleador automático.

84

HERRAMIENTAS PARA FRESADO CORTADORES O FRESAS Y MANDRILADO.

1. Cortadores cilíndricos frontales. Verticales. Figura # 13.

2. Cortadores cilíndricos. Figura # 13.

3. Cortadores circulares. Figura # 14.

4. Cortadores de forma (punta semicircular, cónica derecha, izquierda,

biconica, etc.) Figura # 15 y 16.

5. Brocas, rimas, machuelos.

6. Barras para corte múltiple.

7. Buril montado en cabeza de mandrilado (boeing Gage).

HERRAMIENTAS PARA RECTIFICADO.

1. Ruedas, piedras o muelas cilíndricas para rectificado plano. Figura # 17.

2. Muelas cilíndricas para rectificado cilíndrico. Figura # 18.

3. Muelas cilíndricas y puntas montadas. Rectificado cilíndrico, interiores.

Figura # 19.

4. Segmentos abrasivos.

94

3.5 DESGASTE Y VIDA DE UNA HERRAMIENTA.

Se debe de entender por este concepto el tiempo efectivo de una herramienta

trabajando en condiciones normales de operación y el cual representa con la letra

T.

Dada la importancia del estudio correspondiente ha este tema, han surgido

leyes mediante las cuales se puede calcular el tiempo o vida de las herramientas

de corte.

Las dos leyes que habremos de considerar son: la ley de Taylor (U. S. A.) y la

de Dennos (Francia).

95

Antes de entrar en detalle con estas dos leyes es recomendable tocar el tema

de desgaste de una herramienta.

Las causas de desgaste de las herramientas de corte, son consecuencias de

la función que desempeñan en el trabajo. El desgaste será según lo riguroso que

pueda ser el corte en los diferentes materiales.

Una herramienta puede acusar desgaste o falla debido a las causas siguientes:

a) Por desgaste normal.

b) Por filo roto.

c) Por filo quemado.

Una buena planeación en el proceso de corte nunca permitirá que la

herramienta falle por la causa b) o por la causa c).

El desgaste o falla causada por el filo roto o filo quemado trae como

consecuencia tiempos perdidos por cambio y ajuste de la herramienta conviniendo

para lograr eliminarlos hacer una revisión en cuanto a los datos de operación o

una revisión mecánica de la misma maquina.

En relación con los dos ultimas causas de fallas analizadas se agrava el

problema en lo económico ya que para recuperar las herramientas así

deterioradas, el afilador tiene que remover una cantidad suficiente de material para

lograr su reacondicionamiento, algunas veces se llega al extremo de hacer cortes

en la herramienta.

Por lo general el desgaste normal lo acusa una herramienta en el flanco el cual

en una herramienta básica se muestra en la siguiente figura:

96

Existen algunas reglas para fijar el desgaste máximo en una herramienta pero

sin embargo prácticamente decimos que nuestra herramienta se ha desgastado

cuando el acabado superficial se empieza ha agravar y consecuentemente la

dimensión misma de la pieza maquinada.

Otro procedimiento práctico para detectar el desgaste de una herramienta o

término de su vida es el aumento de energía consumida mediante un

amperímetro.

En los procesos de alta producción se hace necesario calcular el tiempo de

operación efectivo o vida de una herramienta aplicando la ley de Taylor o la ley de

Dennos.

LEY DE TAYLOR

Se dice que antes de publicar el resultado de sus investigaciones Taylor

experimento durante 20 años, además de gran cantidad de material tubo que

consumirse para concluir con la ley que lleva su nombre.

La formula con la cual Taylor finalizo sus investigaciones para expresar la

relación entre la velocidad de corte y vida de una herramienta es la siguiente:

CVT n =

V = Velocidad de corte, en m/min.

T = Duración de la herramienta de corte entre afilados sucesivos, en minutos.

C = Una constante que depende de las condiciones y es la velocidad de corte para

una duración de la herramienta de un minuto.

97

n = Pendiente de la línea recta, representa la vida de la herramienta en un papel

logarítmico.

Puede trabajarse la formula de Taylor bajo la forma siguiente con el objeto de

facilitar el cálculo:

CTVTV nnOO == 11

Donde “ n “ para los materiales comunes de las herramientas de corte tienen los siguientes valores: Aceros rápidos…………0.125 0.1 a 0.5 Carburos………………..0.25 0.2 a 0.25 Cerámica……………….0.5 0.6 a 1.0 Ejemplo: En un ensayo de torneado se requiere determinar la velocidad de corte para

una duración de la herramienta de 30 min., contando con los siguientes datos en

pruebas realizadas en similares condiciones de trabajo que las requeridas, se

tiene una barra de acero de 30 mm de diámetro la cual fue torneada a 290 rpm., la

vida de la herramienta de corte fue de 10 min., al disminuir la velocidad de corte

de la herramienta a 230 rpm., la duración de la herramienta fue de 65 min.

98

min_30125.0_30

min_65..._230

.min_10..._290

2

2

1

1

=======

Tn

mmdT

mprnT

mprnDatos

min_33.2729003.0min_82.23

__

1

3

3

113

3

332211

mDnV

mV

TTVV

VaDespejandoTVTVTV

n

nnn

=××==

=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

==

ππ

LEY DE DENNIS

El comandante francés Dennos aunque posterior a Taylor, dio a conocer una

ley acerca de la vida de una herramienta y sin duda alguna arroja datos mas

precisos que en la ley de Taylor debido a que involucra profundidad de corte y

velocidad de avance.

El modulo matemático de dicha ley es el siguiente:

.ctepVa =βα

Donde:

Avance, milímetro por revolución.

Profundidad de corte, milímetros.

0.61

0.36

Como se observa en el modelo anterior, no interviene T por lo que Dennis asocio el coeficiente de Taylor en la forma siguiente:

====

βαpa

99

Para Taylor .1100 cteTVTV nn == Por lo que para la ley de Dennis tenemos:

11

0

1

0

1

001

1

1

0

1

0

1

001

11110000

lubtan_

**

.

Cpp

aa

TTVV

ricacióntedeconsCSipp

aa

TTVV

ctepaTVpaTV

n

n

nn

βα

β

α

α

α

βαβα

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

=

=

==

Si se tiene fluido de lubricación en la operación, se aplica un coeficiente en

función de la naturaleza del lubricante, para varias pruebas manteniendo

constante el material de la herramienta de corte y el material cortado, esto es

como la formula anterior.

Igualmente se procede a aumentar constantes en el caso si la maquina o el

montaje de la pieza y herramienta de corte no sea lo suficientemente rígido.

Ejemplo:

En una operación de torneado se obtuvo, que para una velocidad de corte de

1235 m/min., con profundidad de corte de 3 mm., con un avance de 0.5 mm/rev.,

la vida de la herramienta de corte fue de 75 min., siendo el material de la

herramienta de corte de acero rápido con n = 0.125.

¿Cuál será la vida de la herramienta de corte en similares condiciones de

trabajo, si se aumenta en un 15% la velocidad de corte, la profundidad y el

avance? Calcular también la vida de la herramienta tomando por separado el

aumento del 15% en el avance, profundidad y velocidad de corte.

100

( ) ( ) ( )

51.208

485.1655.0715.1125

:tan__

35.075125

:_____.min2.8

301.1951.0918.0869.0715.1

15.115.115.175

:__

:tan__

:___________

__tan__?

.575.015.1

.45.315.1.min75.14315.1

:_125.0

min_75._5.0

_3

.min_125

:

36.061.0125.036.00

61.0000

1

8125.1

125.1

36.0

0

0

61.0

0

0

0

0125.0125.01

36.0

1

0

61.0

1

0

1

001

36.01

61.0111

36.00

61.0000

1

01

01

01

0

0

0

0

=

×××=

==

==

×××=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=Τ

=

=

=

==

==

==

==

=

=

=

K

K

toloPor

KpaTV

seriapuntomismodelsolucionOtraTTT

pp

aa

VVT

valoreslosdoSustituyenpp

aa

VVT

toloPorpaTVpaTV

tenemosDennisleyladeydevaloreslosTomamosKpaVT

quetenemostoloPorT

revmmaa

mmpp

mVV

queTenemosnT

revmma

mmp

mV

Datos

n

nn

nn

n

βα

βα

101

( ) ( )

( )

( ) ( )( )

( ) ( )( )

( ) ( )( ) .min_3.50632.1

45.35.012551.208

)__%15_________________._45.3_.min_4.37573.1

3575.012551.208

)__%15_____________._575.0_

.min_4.24491.1

35.075.14351.208

)__%15_____________.min_75.143_

.min_2.8302.1

56.1714.075.14350.208

45.3575.075.14351.208

:

8

36.061.0125.0

1

8

36.061.0125.0

1

8

36.061.0125.0

1

1

81

125.0

36.061.036.01

61.011

1

==

=

===

=

=

==

=

=

==

××=

==

T

T

pdealexclusivoAumentommpParaT

T

adealenteexclusivamAumentarevmmaPara

TT

T

VdeelunicamenteAumentamVPara

TT

T

paVKT

Despejando

n

3.6 TIEMPOS DE MAQUINADO

DE

PREPARACIÓN

25%

PRINCIPAL DE

MAQUINADO

60%

TIEMPO

ACCESORIO

10%

PERDIDO

5%

102

El tiempo de preparación implica la preparación del herramental y de los

instrumentos de medición, lectura del plano, preparar la maquina y movimiento de

herramientas.

El tiempo principal de maquinado es aquel durante el cual la herramienta

realmente mecaniza la pieza por lo cual puede llamarse también tiempo de corte.

Recibe el nombre de tiempo accesorio aquel que no participa directamente en

el adelanto del trabajo, por ejemplo el tiempo empleado en sujetar y soltar una

pieza, el tiempo de afilado de la herramienta y el tiempo de medición.

Los tiempos perdidos son aquellos que intervienen de manera irregular e

involuntaria, por ejemplo limpiar la máquina, lubricar la máquina, perturbaciones

del accionamiento (mecanismo de avance) y tiempo de alimentos del operario.

Como tema principal en relación con estos tiempos durante el curso se

considera como fundamental el tiempo principal de maquinado ya que el de

preparación, el accesorio y el periodo dependerá de ciertas condiciones

especificas de la pieza, de la producción (alta o baja) y de la propia planta según

sus características de organización y planeación.

TIEMPO PRINCIPAL DE TORNEADO

Considérese el torneado de una barra a lo largo de una distancia 1 tal como se

muestra en la figura siguiente:

103

Para el movimiento rectilíneo uniforme:

Vdt

tVdt

dV

=

×=

=

Para el caso del cilindrado.

t = tiempo absorbido por pasada.

d = l + Δl….distancia total recorrida por pasada.

).(___________________

enormalmentizquierdaaderechadeaherramientladefilodellinealVelocidadnvV a ×=

[ ][ ] RPMenresadacortedeVelocidadMPRn

avancedeVelocidadrevmmv

Donde

a

__exp______________...

____________.

:

Ejemplo: calcular el tiempo principal de maquinado con el objeto de obtener un

diámetro final "990.1=Φ f a partir de una barra SAE 1020 cuyo diámetro inicial es

"165_2=Φi

104

DATOS TECNICOS

480322

2..

..___"040.0

lg_012.0

lg_032.0

:__tan__.min_34.min_26

_"30

1

1

2

1

2

1

==Φ−Φ

=

=

=

=

=

=

=

−

−

−

−

−

−

c

IF

c

c

c

c

c

pDP

DPDESGASTEDEPASADASp

revpuV

revpuV

quetenemostoloPor

mV

mV

l

Deberemos dar 4 pasadas de desbaste de tal manera que se deje pendiente una

pasada de afinado de 0.010” de profundidad.

Calculo de tiempos:

RPMD

vn

mmmmlnvllt

a

a

_14072.58

26000

.min75.668.113

34.6762140032.0

2"30

=×

=×

=

=+

=×Δ+

=×Δ+

=

ππ

Tiempo para 4 pasadas de desbaste:

utosdtt min_27475.6 =×=− Agregando el tiempo de pasada de acabado:

MINUTOSt

RPMn

utosnvllt

T

a

_40'13'27

_20031.18472.58

3400

min_8.1260

34.7682003.0

34.6762

=+=

==×

=

==×+

=×Δ+

=

π

105

Se hace necesario considerar que una operación de cilindrado en torno,

requiere una o varias pasadas de desbaste y cuando menos una de acabado o

afinado.

Las características sobre profundidad de corte y velocidad de avance, varían

según se trate de una operación específica ya sea de desbaste o de acabado.

TIEMPO PRINCIPAL DE ROSCADO EN TORNO

.___________tan__________:

........................................................................

roscaladefileteyfileteentreslocalizadoigualespuntosentreciaDisPasopDonde

MinutosnpLLtR

=

×Δ+

=

TIEMPO PRINCIPAL DE TALADRO

nVDet

Dlula

aB ×

+=

=+_5.1_5.1

106

Diámetro de broca 1/64” = 0.015” menor que el diámetro de la rima.

Para librar tornillos, la broca debe ser 1/32” mayor que el diámetro del tornillo.

Para machuelar el diámetro de la broca deberá ser 1/16” menor que el diámetro

del machuelo.

Problema: calcular el tiempo principal de taladro para 12 agujeros de diámetro

de ½” con espesor de la placa de 2 ¼” y material del que se tratara Cold Rolled.

De tablas tenemos:

min/_20.../_2.0

mVMPRmmV

c

a

==

min_1208328.9127600694.012

_12__

12

''412

''21

.min_7600694.0254.1002.76

)27.501(2.0)7.12)(5.1(15.57

..._27.50189832.39

20000)7.12(

min/_20000:__tan__

=×=×

=

=

=

==+

=

===

TB

B

B

TtBarrenosPara

RolledColdN

e

t

MPRmmn

quetenemostoloPor

φ

π

107

Una de las funciones de definición del taladro es la de machueleado de

agujeros practicados sobre placas o piezas planas por lo que es necesario calcular

tiempo principal de machueleado.

Ejemplo:

Calcular el tiempo principal de machuelazo a Φ ½ ‘’ 13 NC., en una placa de

espesor 2 ½” y para un número de agujeros de 16.

retrocesodeTiempotMPRn

e

N

NCoMachuelead

DATOS

R __...._30

''212

16

_13_''21__

:

==

=

=

φ

R

M

RM

a

tosmachueleadagujerosPara

revt

tnPDet

revadapudemilesimasV

+=×

==+

=

+×+

=

==

min_8.201630.1__16_

''30.1''307.2''000.3

)30.(/0769.0')'5.0(1''5.2

1

./lg___9.7613

1000

108

TIEMPO PRINCIPAL DE FRESADO

pft

fff

f

f

c

a

d

NttNtPasadat

nNdadLLt

filasdeNumeroNcortadordelDiametrodientesdeNumeroNd

revolucionpordienteporadmitidoAvanceadMPRn

ecorteVelocidaddVacabadodeofundidadPdesbastedeofundidadP

piezaladeAnchoApiezaladeLongitudL

pf×=

×=××

Δ+=

====

====

−==

_

______

_/___....

__Pr__Pr

_____

φ

109

Problema: calcular el tiempo de fresado para maquinar una placa de

dimensiones 8 x 20” material bronce espesor inicial con una maquinada 3 ¼,

espesor final requerido 2.700” cortador cilíndrico frontal (acero rápido). Se

recomienda una pasada de acabado o afinado.

3447.13

)(5.0)(4

_8

15.0

''3min30

==

===

=

=

=

Np

acabadommPdesbastemmP

dientesNdrev

mmad

mV

C

C

C

φ

min54.6028.2326.37

min_28.23376.7

)(min40

min26.37342.12)_(_06.0

..._125)54.23(

min4000

min42.12314.4

3''3''8

___14.4)125)(8)(15.0(

3.114508

=+=

=×=

=

=×==

=×

=

=×=

==

×=

==+

=

f

T

T

p

t

fa

c

fd

d

f

F

c

Cf

T

t

acabadomV

Tacabadomma

MPRcm

n

t

N

DVn

dnVt

&π

π

π

110

TIEMPO PRINCIPAL DE CEPILLADO

cmc

MC

mmc VVVVVVVV ===→ __________2.1__________4.1__________

T. C. C. T. C. M. T. C. L.

CARRERA TOTAL

LVMPG

alcarreradeTramoTCLmediacarreradeTramoTCMcortacarreradeTramoTCC

CiclosutosporGolpesL

VGPM

m

m

2...

arg______

___min

min__2

=

===

===

111

l a + l u = Δa

Calcular el tiempo principal de cepillado de una pieza cuyo espesor inicial es de

2.5” con un ancho de 4” y la longitud de 26” la máxima carrera del cepillo es de

60”, se trabaja con buril de acero rápido con una profundidad de corte de 3/8”, el

material de la pieza es de medio y la velocidad de corte recomendada es de 26

m/min.

Espesor final de la pieza 2.1”.

2.5” – 2.1” = 0.4” Vm=1.2Vc GPM=

2Vm

L

3/8” = 0.375”

GPM= 2

21.67 m/ min 16.42(26)(2.54 10 )x − =⟨ ⟩

ie =2.5” Vm = 261.2

fe = 2.12 Vm 21.6m/min

A=4”

L=26” N.F. = a a

Va+ Δ

1/ 8"aΔ =

Cmax = 60”

N.F. =4 " 1 / 8 " 3 3

1 / 8 "+

=

112

Pc=3/8”

Vc=26m/min tc= . .N FGPM

(tiempo de cepillado por pasada)

Va =1/8”

tc= 33 2.01219min16.40

=

Habrá que tomar en cuenta que no siempre el rectificado plano se lleva a cabo en

rectificadoras horizontales ya que han aparecido y evolucionado con buen éxito las

rectificadoras verticales con mesa magnética y giratoria

113

COSTO DE MAQUINADO

En la practica, la cotización de una pieza por maquinar se lleva a cabo tomando

como base el tiempo principal de maquinado así como el numero de piezas por

maquilar, ya sea pequeña, mediana o grande serie.

Por otra parte, también influye la necesidad en cuanto a la utilización de

dispositivos de montaje especiales que algunas veces no son necesarios pues basta

con los medios de sujeción Standard con que cuenta la maquina.

Otra consideración importante al cotizar el maquinado de una pieza, es la

tecnología aplicada que cuando se aplica en taller propio, economíza y cuando se

aplica con proveedor encarece el maquinado.

Un ejemplo seria el caso de un acabado tipo rectificado pero no con piedra

abrasiva que realmente es muy tardado y por lo tanto costoso, la herramienta a

utilizar como sustituto de la piedra seria una pastilla o inserto de cerámica con altas

velocidades de corte en torno a Control numérico en condiciones de ajuste óptimas.

Un caso específico se tiene en Talleres Raova de San Juan del Rió Querétaro

donde bajo estas técnicas se maquinan los bujes separadores de transmisiones

Spicer para camión.

Lo anterior ha sido todo un éxito para el proveedor Talleres Raova ya que el

tiempo real de rectificado virtual, bajo un sesenta por ciento y la cotización

permanece constante.

No obstante las consideraciones anteriores, el costo actual de las maquinas

herramientas, costos directos e indirectos de operación así como la crisis económica

actual, el costo por hora-maquina, se encuentra dentro de los valores siguientes:

114

En base a los valores anteriores y el tiempo principal de maquinado, se calculan

las cotizaciones para producción de partes aun que siempre multiplicados los tiempos

por un factor cuyo valor varia entre 2 y 3 dependiendo de la precisión requerida ya

sea en cotas, en distancias entre centros o en el acabado superficial, es decir el

factor seria el mayor cuando las tolerancias de fabricación mas cerradas.

En el ejemplo de aplicación sobre tiempo principal de cilindrado o torneado, se

calculo un tiempo de 40 minutos.

¿Cuál será el costo de este maquinado?

40 X 2 = 80 Minutos…………………………………. 1.33 Horas

1.33 X $ 40.00 = $ 53.00

Cotización para el maquinado de la pieza……….. $ 53.00

TIEMPO-MAQUINA PRECIO

HORA-TALADRO $ 30.00 - $ 35.00

HORA-CEPILLO $ 25.00 - $30.00

HORA-TORNO $ 35.00 - $ 40.00

HORA-FRESADORA $ 40.00 - $ 45.00

HORA-MANDRILADORA $ 45.00 - $ 50.00

HORA-RECTIFICADORA $ 40.00 - $ 45.00

115

3.7 LA MANDRILADORA

Una maquina tipo fresadora horizontal de mediana y gran capacidad cuya

característica principal es el desplazamiento de su husillo principal en una longitud

que puede ser igual o mayor que el ancho de la mesa de trabajo, esta ultima posee

movimiento longitudinal y transversal, tanto manual como automático.

En estas máquinas, además de llevar a cabo trabajos pesados se hacen trabajos

de precisión ya que tanto en el sentido longitudinal en el que se mueve la mesa como

en el sentido vertical en el que se mueve el cabezal, se encuentra con guías porta

barra y con indicador de carátula en un extremo da tal manera que fácilmente se

calibran dimensiones o localizaciones con 0005.0± pulgadas entre centros de

barrenos.

La precisión en los diámetros maquinados, se obtiene mediante dispositivos

opcionales propios de la maquina, tales como el Boeing Gaje o Cabeza de Mandrilar

con Dial en donde se coloca el buril cuyo desplazamiento se calibra con el Dial

correspondiente.

Otro dispositivo que se utiliza con mucho éxito y de sentido económico es la

barra de cortes múltiples o sea una barra de diseño especial que soporta

simultáneamente ya sean 2,3 y hasta 4 buriles que pueden trabajar todos juntos en

un momento dado.

Estas herramientas, el problema principal es la calibración del radio de corte

efectivo para cada uno de los buriles que conforman la herramienta múltiple.

También puede montarse en el husillo principal un porta broquero y a su vez en

el mismo, brocas, rimas, buriles.

Cabe hacerse la pregunta, ¿Por qué se llaman estas maquinas herramientas,

Mandriladoras? Bien pudiéramos contestar que esto se debe al husillo principal que

en italiano le llaman Mandril y por esa razón también se le llama en algunas partes

Mandriladora.

118

Un ejemplo muy claro en cuanto a la aplicación especifica de una operación de

mandrilado, la tenemos en el maquinado de chumaceras de una carcaza o cuerpo

principal de una trituradora de roca (piedra) en donde se observa que la distancia

entre chumacera y chumacera es entre 1.5 y 2.0 metros, he aquí la importancia de la

operación de mandrilado pues no obstante la distancia entre chumaceras, estas

deberán estar alineadas y con diámetros de una misma dimensión.

El tiempo principal de mandrilado se calcula de la manera siguiente:

....__exp______

______

._______

)(

MPRenresadaaherramientladecortedeVelocidadnrev

mmenhusillodelavancedeVelocidadV

mmenmandrilarporbarrenodelLongitudLdondeEn

MinutosnVLLt

a

am

=

=

=

×+

=

119

Por lo general, una operación de mandrilado se lleva a cabo en varias pasadas por lo que el tiempo total seria:

pasadapormandriladodeTiempotpasadasdeNumeroN

DondetNT

m

mM

______

:*

==

=

3.8 MAQUINABILIDAD DE LOS METALES

El termino maquinabilidad describe la facilidad o dificultad con las cuales se

puede maquinar un metal.

Se debe tener en cuenta factores tales como duración de la herramienta de

corte (vida de la herramienta), acabado de superficie producido y potencia requerida.

La maquinabilidad se mide por la duración de la herramienta de corte en minutos o

por el volumen de material removido en relación con la velocidad de corte empleada,

es decir, profundidad de corte.

Para los cortes de acabado, la maquinabilidad significa la duración de la

herramienta de corte y la facilidad con la cual se produce un acabado de superficie

fino.

INFLUENCIA DE LA ESTRUCTURA GRANULAR SOBRE LA MAQUINABILIDAD

La maquinabilidad se altera según sea la micro estructura de un metal y variara

si este último se ha recocido. Ciertas modificaciones químicas y físicas del acero

mejoraran su maquinabilidad. Los aceros de libre maquinado, en general, se han

modificado de la siguiente manera:

1. Adición de azufre.

2. Adición de plomo.

3. Adición de sulfito de sodio.

120

4. Trabajo en frió que modifica la ductilidad

Al hacer estas modificaciones en el acero para facilitar el maquinado, se hacen

evidentes tres características principales en el maquinado:

1. Aumentar la duración de las herramientas.

2. Se produce un mejor acabado superficial.

3. Se requiere menor consumo de potencia para el maquinado.

CARACTERÍSTICAS DE UN ACERO AL BAJO CARBONO

La micro estructura del acero al bajo carbono puede tener zonas grandes de

ferrita entremezcladas con pequeñas zonas de perlita. La ferrita es blanda, con alta

ductilidad y baja resistencia; la perlita, que es una combinación de ferrita y carburo de

hierro; tiene baja ductilidad y alta resistencia.

Dadas las características anteriores, el acero al bajo carbono presenta facilidad

para ser maquinado.

CARACTERÍSTICAS DE UN ACERO AL ALTO CARBONO

En el acero al alto carbono, esta presente una mayor cantidad de perlita, debido al

contenido más alto de carbono.

Cuando mayor sea la cantidad de perlita (baja ductilidad y alta resistencia) que

haya en el acero, más difícil será maquinarlo con eficiencia. Por tanto, es deseable

121

reconocer estos aceros para alterar su micro estructura y como resultado, mejora sus

propiedades para el maquinado.

CARACTERÍSTICAS DE UN ACERO ALEADO

Los aceros de aleación, que son una combinación de dos o más metales, por lo

general son un poco más difíciles para maquinarlos. Para mejorar sus cualidades de

maquinado, en algunas ocasiones, se le agregan combinaciones de azufre y plomo o

azufre y manganeso en las proporciones correctas. El maquinado del acero

inoxidable, que suele ser difícil debido a sus propiedades de endurecerse al

trabajarlo, se puede facilitar con la aleación de Selenio.

CARACTERÍSTICAS DEL HIERRO FUNDIDO

El hierro fundido, que generalmente esta constituido por ferrita, carburo de hierro

y carbono libre, forma un importante grupo de materiales de uso industrial. La micro

estructura del hierro fundido se puede controlar con la adición de aleaciones, hierro

fundido se puede controlar con la adición de aleaciones, el método de colada, la

rapidez del enfriamiento y mediante tratamiento térmico.

El hierro de fundición blanca, el cual hay que enfriar con rapidez después de la

colada, suele ser duro y quebradizo por la formación de carburo de hierro duro.

El hierro gris se somete a enfriamiento gradual, su estructura consta de perlita,

que es una mezcla de ferrita fina y carburo de hierro con escamas u hojuelas de

grafito.

Debido a su enfriamiento gradual es mas blando y, por tanto, mas fácil para

maquinarlo.

122

3.9 MAQUINABILIDAD

DEFINICION: La maquinabilidad de un material es la facultad mayor o menor que

presenta dicho material para dejarse cortar y que por lo general se realiza con las

maquinas herramientas, con el fin de asegurar la precisión de cotas macro –

geométricas y cotas micro – geométricas, para un costo bajo en la producción.

Los factores que influyen sobre estos criterios son entre los principales los

siguientes:

• La fuerza de corte o potencia de corte.

• La rugosidad de la superficie aptitud o acabado superficial.

• La duración de la herramienta o la velocidad de corte permitida para obtener

una duración de la herramienta.

• No es forzosamente una relación entre estos diferentes factores.

Ejemplo:

Una aleación de aluminio para pistón de automóvil con alto contenido de Si,

presenta una baja resistencia al corte, pero desgasta rápidamente las herramientas,

aún las más duras.

Dureza y maquinabilidad no van forzosamente aparejadas, es costumbre

clasificar loa aceros o las fundiciones por su dureza (ensayo mecánico Brinell simple

a realizar)

La resistencia a la penetración con esfera, para los aceros involucran las

durezas siguientes:

1. La dureza por tratamiento térmico.

2. La dureza por corrosión o pudelad (Reducción).

123

Estas actúan de forma diferente sobre la aptitud de maquinado.

Las dispersiones sobre las durezas de las herramientas son muchas veces

atribuidas a esos dos factores difíciles de separa. Los trabajos de investigación actual

son orientados a fin de encontrar un ensayo mecánico simple que permita definir una

aptitud de maquinados

124

CAPITULO IV

METODOS DE SUJECCION Y MONTAJES PARA MAQUINADO

INTRODUCCION

Se conoce como dispositivo o accesorios de sujeción estándar, al grupo de elementos que en función simultanea nos sirven para afianzar en posición de trabajo una pieza durante el maquinado.

Por ejemplo: La prensa, un chuck, una mesa magnética, un plato divisor y hasta el grupo de elementos clásicos, tuercas “T”, birlos, clamps, rondanas, etc.

4.1 SUJECION DE LA PIEZA EN EL TORNO

El método más conocido de sujeción de la pieza es por medio del plato de mordazas. Este puede ser de tres o cuatro mordazas y se monta en la nariz del husillo.

La copa de tres mordazas es usada para la sujeción de piezas cilíndricas, cuando se requiere que la superficie mecanizada sea concéntrica con la superficie de trabajo.

Con la copa de mordazas independientemente, cada mordaza puede ajustarse independientemente girando los tornillos radiales.

Aunque el centrado de una pieza en este tipo de copa, puede consumir bastante tiempo, la copa de cuatro mordazas independientemente es a menudo necesaria para piezas cilíndricas.

Para piezas muy complicadas, puede usarse el plato de mordazas independientemente, que es la que tiene varias ranuras radiales.

Para operaciones de precision o en casos en los cuales la superficie de trabajo no es perfectamente cilíndrica.

La pieza puede mecanizarse entre puntos.

Inicialmente se provee a la pieza de agujeros cónicos en cada extremo para alojamiento de los puntos del torno.

Antes de sujetar la pieza entre los puntos, (que se anuncian a continuación) (uno en el cabezal fijo y otro móvil) se coloca el perno de arrastre, con un extremo en

125

la ranura del plato de arrastre montado en el husillo, asegurando la rotación solidaria de este con la pieza.

PLATOS DE ARRASTRE

El movimiento de rotación del husillo principal, se trasmite a la pieza por medio de platos de arrastre y de topes o pernos de arrastre, como se observa en la figura.

Figura 1 Figura 2

LUNETA Y MANDRIL

Empleo de la luneta.- Las piezas largas y delgadas pueden flexarse mientras son torneadas, con lo cual el diámetro resulta impreciso.

La luneta resulta que tiene por objetivo impedir que la pieza se flexe. La luneta tiene mordazas desplazables, entre las cuales gira la pieza que se trabaja.

Existen lunetas fijas y lunetas móviles. La luneta fija esta sujeta a la bancada del torno, mientras que la móvil va fijada sobre el carro portaherramientas, figura siguiente.

126

Figura 3 Figura 4

SUJECION EN EL MANDRIL PARA TORNEAR

Para poder mecanizar exteriormente piezas huecas de gran longitud y poco diámetro, se sujetan sobre espigas o mandriles sencillos o ajustables.

Figura 5 Figura 6

127

4.2 SUJECION DE LA PIEZA EN LA TALADRADORA

Al taladrar se engendran momentos de giro que tiene tendencias a hacer girar la pieza. Estos esfuerzos se hacen especialmente sensibles cuando la punta de la broca sale del taladro. La pieza debe estar asegurada contra ese giro.

Cuando se trata de piezas muy grandes, su mismo peso las mantiene fijas. Para sujetar piezas pequeñas se prestan bien unas mordazas.

A veces sirve también un perno o ángulo fijado en las ranuras de la mesa de taladrar para hacer un tope.

Lo mas seguro es sujetar de modo fijo la pieza, se emplea para ello el tornillo o cabezal de sujeción o la mesa de taladrar.

Las piezas redondas se apoyan en lo que se llaman prisma o pieza uve. Para taladrad una cantidad grande de piezas iguales (piezas en serie) se emplean montajes de taladrar adecuados. La pieza se fija en el montaje y la broca es guiada mediante casquillos templados.

Como con los montajes se ahorra uno el trazado y el marcado con granetes, resulta un ahorro de tiempo. Ver figura.

Figura 7 Plantilla Figura 8 Producto

128

4.3 SUJECION DE LA PIEZA EN EL FRESADO

Las piezas tienen que estar sujetas de modo firme y seguro.

Si se aflojan durante el trabajo puede darse lugar a que la pieza resulte inútil o a que se rompa la fresa.

La piezas sueltas se sujetan en el tornillo de la maquina o se fijan a la mesa de la maquina por medio de bridas y tornillos de sujeción.

Cuando se trata del mecanizado de muchas piezas de la misma naturaleza se emplean dispositivos o montajes de sujeción.

Estos tienen la ventaja de que se ahorra uno al tener que ajustar, centrar y nivelar la pieza cada vez.

Para economizar tiempo se suele preparar a veces montajes dobles, con lo que hay la ventaja de que mientras la fresa trabaja una pieza, se sujeta en el segundo montaje otra pieza. Este procedimiento de trabajo se llama fresado pendular.

Las piezas que han de ir provistas de superficies fresadas distribuidas regularmente como, por ejemplo, tuercas, ruedas, ruedas dentadas, etc., se sujetan con ayuda del cabezal divisor.

Figura 9 Figura 10

129

4.4 SUJECION DE PIEZA EN EL CEPILLO

Mediante la sujeción se origina entre la pieza y los apoyos o calces, un fuerte rozamiento que impide el deslizamiento de la misma al obrar sobre ella el esfuerzo de corte.

La magnitud del rozamiento crece con la aspereza o rugosidad de las superficies de sujeción y con la presión ejercida por las mordazas.

Esta ultima no puede, sin embargo, ser extraordinariamente grande pues podría darse el caso de que se deformaran las piezas cuando son delgadas.

La superficie de sujeción tiene que ser suficientemente grande, pues si es demasiada pequeña la presión por unidad de superficie, podría resultar excesivamente grande y quedar, como consecuencia de ello, señaladas en la pieza las marcas de los sitios oprimidos.

Las piezas pequeñas se sujetan en el tornillo de sujeción o mordaza de la maquina.

La pieza se levanta algo al cerrarse la mordaza móvil y por esta razón hay que apretarla contra el fondo, golpeándola con el mango de madera.

Las piezas grandes se sujetan sobre la mesa de cepillar, como medios de sujeción se emplean tornillos y hierros o garras de sujeción.

Las cabezas de los tornillos de sujeción han de ajustar bien en las ranuras en T de la mesa.

El hierro o garra de sujeción trasmite a la pieza la presión de sujeción.

Tiene que estar dispuesto paralelamente a la superficie de sujeción con objeto de que el área de apoyo resulte suficientemente grande.

130

Figura 11 Figura 12

4.5 LA SUJECION DE LAS PIEZAS QUE HAN DE SOMETERSE AL RECTIFICADO ESMERILADO PLANO

Las piezas grandes se sujetan con tornillo y bridas sobre la mesa de esmerilar.

A veces se emplean montajes de sujeción, cuando la superficie de sujeción esta previamente trabajada, se emplean para la sujeción platos magnéticos, estos aminoran considerablemente el tiempo empleado en la sujeción. Después del esmerilado deben desimantarse las piezas de acero o de fundición de hierro que hayan sido sujetadas magnéticamente. Ver figura.

Figura 13

131

Figura 14

4.6 MONTAJES PARA MAQUINADO

Reciben el nombre de montajes para maquinado o montaduras aquellos dispositivos especiales para sujetar piezas durante el maquinado como resultado de una fundición económica, deseable en todo proceso de fabricación en serie. Estos pueden ser accionados mecánica o hidráulicamente por ejemplo una montadura para maquinar cabezas de maquina automotriz.

Durante el estudio de fabricación, debe preverse la forma de posicionar e inmovilizar a la pieza, de tal manera que después del maquinado se cumplan las especificaciones dadas por el departamento de proyectos. Las especificaciones pasan al departamento de métodos principalmente por medio de dibujos. A estos se les llama dibujos de definición, ya que se han elaborado tomando como referencia principal el funcionamiento de la pieza, sin ocuparse demasiado de cómo y con que llevar a cabo la fabricación.

El problema del estudio de la fabricación, recae en el departamento de métodos que define con que maquinas, con que herramientas, en que orden, etc. realizarla.

S.A. S.E.

DISEÑO BUREAU DE’ ESTUDE

PROCESOS METODOS

PRODUCCION FABRICACION

132

Además de la información correspondiente a la pieza y formas, dimensiones, tolerancias, acabados superficiales, material, cantidad a fabricar, ritmo de trabajo, es necesario conocer las posibilidades de la fabrica en lo que se refiere a maquinas disponibles, herramientas, accesorios de sujeción, etc.

Es decir contar con hojas que contengan las características de cada maquina: tamaño de la mesa, distancia entre puntos, volteo, potencia disponible, numero de revoluciones del cabezal, etc. Otra cosa también de suma importancia es el conocimiento de los accesorios de sujeción que se pueden adquirir en el mercado.

Figura 15

133

Figura 16

En la pieza, mostrada en la figura 15, se desean maquinar las superficies rayadas. Para esto se empleara una fresadora de cabezal horizontal y un tren de dos fresas compuesto por una de tres cortes y otra de un solo corte. Se indican las acotaciones correspondientes al dibujo de definición.

Durante el maquinado la pieza debe remplazarse horizontalmente junto con la mesa de la maquina, de tal forma que se intercepte, con la herramienta para así provocar el desprendimiento del material, puede observarse entonces que se necesita algo que colocado entre la pieza y la mesa los una rígidamente cumpliendo dos funciones, por un lado debe estar fijo firmemente a la mesa y por otro debe sujetar también firmemente a la pieza, sin permitir movimiento relativo entre ambas, ese algo, es precisamente el dispositivo de sujeción.

INMOVILIZACION

Para inmovilizar la pieza sobre el dispositivo de sujeción, es necesario ejercer fuerzas cuya aplicación asegure que la pieza no se moverá durante el maquinado, que no le provocara deformaciones permanentes que la inutilicen a la pieza y que no interfieran con el corte de la herramienta. Las fuerzas de apriete puede tener distintas naturaleza, ejemplos: Apriete por tornillo por presión hidráulica o neumática por

134

deformación en el caso de apriete por leva, etc. Se recomienda ejercer las fuerzas de apriete contra las superficies de apoyo, evitar hacerlo en paredes delgadas que flexionen la pieza y voladizos, en superficies ya maquinadas que no deban tener abolladuras, etc.

Las figuras 17 y 18 ilustran lo anterior.

Figura 17 Figura 18

4.7 EQUILIBRIO DE UN CUERPO EN EL ESPACIO

Para que una pieza este fija respecto a los ejes X, Y, Z es necesario que se eliminen las tres posibilidades de desplazamiento 321 ,, TTT y las tres posibilidades de rotación 321 ,, RRR , respecto a ellos. Figura (A).

Figura 19

135

Es decir deben eliminarse los 6 grados de libertad de movimiento que posee cualquier sólido en el espacio para esto podemos recurrir al principio de Lord Kelvin, del plano – Línea – Punto, ilustrado en la figura (20).

Figura 20

PLANOS PUNTOS

1P 1, 2, 3

2P 4, 5

3P 6

136

Para mantener la pieza en equilibrio, sobre el plano 1P se considera tres puntos de apoyo 1,2,3,. Aceptado que esto tiene efecto bilateral, puede observarse que se eliminan tres grados de libertad: 132 ,, TRR . Se dice que estos tres puntos teóricos corresponden a un punto plano. Después los puntos de apoyo 4 y 5 en el plano 2P eliminan a 12 __ RyT constituyendo o dando lugar a una línea de apoyo.

Puede observarse que un número de apoyo eliminan al mismo número de grados de libertad. Teóricamente seria suficiente con 6 puntos de apoyo efecto bilateral para eliminar los seis grados de libertad de cualquier pieza, prácticamente esto es imposible ya que las piezas no pueden apoyarse en puntos, por que la presión sobre la pieza no pueden apoyarse en puntos, por que la presión sobre la pieza, se limita, provocando abolladuras en las zonas de contacto de cada apoyo hasta que los puntos se tornen en superficies suficientemente grandes para mantener en equilibrio las fuerzas de apriete. Solamente en raras excepciones, un apoyo tiene efecto bilateral por lo que es necesario ejercer fuerzas de apriete que aseguren la fijación. En el caso de la figura (B), además de los seis puntos de apoyo deberá aplicarse una fuerza de apriete F.

En la práctica los puntos 1,2 y 3 se sustituyen por un plano de apoyo S-R1, los puntos 4 y 5 por una franja S-R2 que sirven para orientar la pieza y el punto 6 por un tope. Es mejor aun sustituirlo por pequeñas superficies de apoyo como se muestra en la figura (D).

4.8 SUPERFICIES DE APOYO

De acuerdo con lo visto antes, podemos decir que las superficies de apoyo son aquellas que pertenecen a la pieza y sirven para posicionarlas sobre el dispositivo de sujeción.

Cuando se inicia el maquinado, se les llama superficies de partida., es decir, las superficies de apoyo están en bruto.

137

Cuando las superficies de apoyo están maquinadas, se les llama superficies de referencia.

4.9 SUPERFICIES DE PARTIDA

Las superficies de partida pueden servir para obtener directamente la superficie maquinada, o bien para obtener superficies maquinadas que después sirven como superficies de referencia. Por ejemplo, si en la pieza de la figura 21, se desea cumplir con la cota h, es necesario considerar como superficie de partida a la superficie S.P. En este caso se ha obtenido la superficie maquinada directamente a partir de S.P.

Figura 21

Para maquinar la superficie A, la pieza debe apoyarse en S.P. ya que ambas superficies A y S.P., están ligadas por la cota h.

En cambio en el ejemplo de la figura 16, para obtener las cotas l y j (Fig. 16 a), se ha elegido la superficie S.P. (Fig. 16 b), como superficie de apoyo para maquinar la superficie A (Fig. 16 c). Una vez maquinada la superficie A, esta constituye una

138

superficie de referencia SR que servirá de apoyo para maquinar las superficies B y C (Fig. 16 d). Puede verse que la superficie S.P. de partida inicialmente en bruto, se ha tonado en una superficie maquinada C.

4.10 SUPERFICIE DE REFERENCIA

Las superficies de referencia son aquellas sobre las que debe apoyarse la pieza (y que pertenecen a esta). Para obtener directamente una cota, cuando la superficie de apoyo esta en bruto se le llama superficie de partida.

Resumen de 4.8 a 4.10, las superficies de apoyo pueden ser de partida o de referencia, ya que están en bruto o maquinadas respectivamente. Se recomienda abreviar con S.P. las superficies de referencia.

139

4.11.- FORMA DE LOS APOYOS

4.11.1.- PARA SUPERFICIES EN BRUTO

Se recomienda utilizar apoyos abombados como se ilustran en la figura 17 (A y B). Puede observarse que en la zona de apoyo al aplicar una presión la pieza se deforma, considerando claro, que el material de aquel es más duro que el de esta. La abolladura producida ayuda a que la fijación sea más firme.

PRESION

4.11.2.- PARA SUPERFICIES MAQUINADAS

Cuando la pieza se apoya en una de sus superficies ya maquinadas deben evitarse las abolladuras. Esto se consigue con apoyos planos cuya área de contacto sea lo suficientemente grande, para eliminar en lo posible las deformaciones locales debidas a la presión.

Como dato práctico se recomienda una área mínima de 100 2mm

Si la forma es circular, entonces el diámetro de circulo de contacto es de aproximadamente de 12mm. Fig. 18.

140

El material de los puntos de apoyo debe se bastante duro para que no sufra deformaciones. Se recomienda los aceros cementados con dureza de Rc = 65 (Rockwell).

4.12 REPRESENTACION DE APOYOS Y APRIETES

Con objeto de facilitar el estudio de la sujeción, se ha conve3nido en representar los topes de apoyo y las fuerzas de aprietes por medio de símbolos.

Estas representaciones se aplican después de haber elegido las superficies de apoyo y las superficies sobre las que pueden ejercer aprietes.

Las indicaciones simbólicas de apoyo y aprietes también deben de aparecer en las hojas de análisis de fabricación. Esto es , no basta con indicar las operaciones de maquinado, si no es que necesario indicar la forma de sujetar la pieza.

141

4.12.1.- REPRESENTACIÓN SIMBÓLICA.

Los símbolos debieran numerarse para facilitar su identificación para las diferentes vistas de la pieza y asegurarse que han eliminado realmente sus 6 grados de libertad.

4.13 NORMA NFE 04- 03

NORMA NFE 04- 03

PRIMERA PARTE

1. SIMBOLIZACION DE LA ELIMINACION DE LOS GRADOS DE LIBERTAD.

1.1 Objeto.- la primera parte de la presente norma concierne ala definición del posicionamiento geométrico de una pieza, en una fase de transformación, de control o mantenimiento, relacionado con la acotación de fabricación.

1.2.- Dominio de la aplicación .- la presente norma es aplicable en el Establecimiento de los documentos técnicos, a nivel de anteproyectos Proyectos y estudios de fabricación.

2.- SIMBOLIZACION DE LOS ELEMENTOS TECNOLOGICOS DE APOYO Y APRIETE

142

2.1.-Principio de establecimiento de los símbolos .- Cada símbolo esta constituido de un cierto numero de símbolos adicionales elementales que representan.

1) La función del elemento tecnológico.

2) la naturaleza del contacto con la superficie.

3) La naturaleza de la superficie de contacto de la pieza.

4) El tipo de tecnología del elemento.

1) SÍMBOLOS REPRESENTANDO LAS FUNCIONES DE LOS ELEMENTOS TECNOLÓGICOS.

FUNCION SIMBOLO REPRESENTACION CENTRADORES

PROYECTADA

Posicionamiento riguroso

Partida de acotación

Definición del eje.

Cilindricos Planos

143

Inmovilización de la pieza

prelocalizacion

Posición de las deformaciones

O las vibraciones.

2) SÍMBOLOS QUE INDICAN LA NATURALEZA DEL CONTACTO CON LA SUPERFICIE.

Naturaleza déla superficie.

Contacto plano

Contacto estriado

Contacto abombado

Punto fijo

Punto giratorio

Basculante

Contacto múltiple

Plato

144

Ve

3)SÍMBOLOS QUE INDICAN LA NATURALEZA DE CONTACTO DE LA PIEZA.

Superficie maquinada

Superficie en bruto

4) SÍMBOLOS QUE REPRESENTAN EL ELEMENTO TECNOLÓGICO

ELEMENTO TECNOLOGICO SIMBOLO

Apoyo fijo

Centrado fijo

Apoyo irreversible

Apoyo reversible

ELEMENTO TECNOLOGICO SIMBOLO

Sistema de apriete

145

Sistema de apriete concéntrico

ELEMENTOS COMPUESTOS

Contacto fijo sobre una superficie maquinada

como un punto de partida de maquinado.

Contacto abombado fijo sobre una partida de

maquinado sobre una superficie en bruto.

Contacto múltiple como partida de maquinado,

superficie en bruto o maquinada.

Punto giratorio axial regulable usado como

punto de partida de maquinado sobre una superficie

maquinada (contrapunto).

Brida basculante con mordazas estriadas

sobre una superficie en bruto

146

Punto fijo axial usado como punto de partida

de maquinado sobre una superficie maquinada.

Ve axial sirve de punto de partida de

maquinado sobre una superficie maquinada.

Mordazas estriadas de apriete concéntrico

usadas como agarre en una superficie en bruto.

Plato axial usado como punto de partida maquinado

sobre una superficie maquinada.

154

4.14 EJEMPLOS DE APLICACION

4.14.1.- DATOS

a) superficies por maquinar:

Indicadas con línea gruesa.

b) Maquina: fresadora horizontal.

c) Herramientas: tren de dos fresas.

I cilíndrica de corte.

I cilíndrica de tres cortes.

d).- Cantidad de piezas : X.

e).- Ritmo de trabajo : y.

OBSERVACIONES

a).- Los puntos 1, 2 y 3, proporcionan apoyo al plano corta involucrada: a

b).- Los puntos 4 y 5 orientado alinean a la pieza.

c).- el punto 6 proporcionan un tope de apoyo.

d).- las cotas c y d se obtienen de las herramientas.

155

4.14.2.- ACOTACIONES DEL DIBUJO DE DEFINICIÓN Y PRESENTACION DE LA SUJECION

Datos :

a).- Superficies por maquinar : indicadas con línea gruesa.

b).-Maquina fresadora horizontal.

c).-Herramienta: tren de 3 fresas, 2 cilíndricas de 1 corte, 1cilindricas de 3 cortes.

d).-Cantidad de piezas: x.

156

e).- Ritmo de trabajo: Y.

4.15 CALCULO DE TORNILLOS. TUERCAS Y CLAMPS

1.- Esfuerzo de cizallamiento

Q = zsσ Donde :

σ = resistencia a la tensión del material constitutivo z = Numero de hilos s = Área de resistencia por hilo

S = 2

DmPπ

Donde: Dm = Diámetro medio P = Paso

157

2.- Esfuerzo de tensión

f= sσ 10²

30mm

Ndασ ⟨⟨

Donde:

σ = resistencia a la tensión (tabla 1) s = sección del núcleo (tabla 2) s = ²rπ n

Donde:

r n = radio del núcleo

3.- Presión de contacto sobre hilos

zidedF

zidedF

)²²(4

4)²²( −

=−

=ππ

σρ

4.- calculo del par de apriete )( 1C

X = Tensión sobre el tornillo. δ = Angulo de la hélice

π

πδ

δ

2

2tan

tan

1

1

xPC

rP

xFFrC

m

m

=∴

=

==

Además de C 1 , intervienen los pares parásitos de 12 yCC (por fricción)

158

FN.= Es la fuerza que provoca la fricciçon normalmente al filete del hilo

.

Cuando se rosca o ensambla con aceite o fosfato 26.01 =μ

2C Es originado por la fricción entre el filete macho y el filete hembra.

223dmxC μ= donde d m = diámetro medio de la tuerca

2μ = 0.16 para condiciones similares de los materiales en contacto (tuerca

rondana) El par de apriete total se calcula aplicando la siguiente ecuación:

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++=

22.

cos221 dmDPxc m μ

βμ

π

Ejemplo: sea un tornillo M12-XC45 Cálculo a la tensión :

medioDiametroD

DmxC

DFC

m

mN

−=

=

=

2..

cos

2..

12

12

μβ

μ

159

2/17 mmdaN=σ Cálculo de hilos de la tuerca.

)zddF

ip 22(

4−

=lπ

σ ∴ hilosFz 7)51)(4.97144(

4=

−=π

Paso =175mm Para tuercas normales h= 0.8 σ Para tuercas altas h₧ 1.25 σ Para este caso tuerca normal h= 0.8 .6.9 mm=φ

hilosphz 5.5

75.16.9===

Para este caso tuerca alta

Se recomiendan la tuercas altas en montajes para maquinado. Calculo del par de apriete.

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++=

22

2.

cos1

2

dmmDPxc μ

βμ

π

c = 1290 ) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎜⎝⎛ ++

25.1516.0)43.5.(

866.026.0

28.675.1

hilosphz

mmh

6.875.1

151525.1

===

== φ

160

daNmcmmdaNc

4.29.40

==

Esfuerzos en la sección C y D

22

22

2

121

*43

*3*

4*

32

*3*

92*

3*

2_6*__________*

hbFL

hbFL

IZMf

bhFL

hbFL

IZMf

hbZ

I

bbComohbZ

I

ZI

cMf

dD

cC

C

===

===

=⇒

=⇒==

τ

τ

τ

CALCULO DE LA FLECHA EN LA SECCIÓN D.

34

3

31

31

2

3

**1016*

)(

6*2

12*20000

)(....48

hbxLF

IdeeequivalentfraccionlayEdeelvalorAendoSustituyen

hbIbbqueSabemos

hbImmNdaE

AEI

FL

d

d

=

==

==

=

δ

δ

Problema de aplicación: Considerando que sobre una brida debe de actuar un tornillo M12 en el punto medio D: Calcular:

a) Altura h del clamp b) Flecha del clamp dδ en ese punto.

161

mmbhx

LF

flechaladeControl

mmh

bFLh

hbFL

quetenemostoloPor

mmNda

mmLmmb

NdaF

Datos

d

dD

D

108.0*1016

1.0

2320*12*4125*1300*3

*43

*43

:tan

20

125121300

:

34

3

2

2

==

<

==

==

=

===

τ

ττ

τ

FUERZA VERTICAL NECESARIA PARA LA SUJECION

.

mindet

correctomontajeunparacontactodeacciones

denumeroelaerseentePosteriorm

tgFF c

S φ=

162

NdaFFN

NdaFSiEjemplogeneralenacerounPara

cC

c

50001.0

500500:

1.0

====

=≅

μ

μ

ESFUERZO ADMISIBLE PARA LOS ENSABLES POR: “TORNILLO”

TABLA I

XC45 XC60 XC80 Tensión 14 o 21 21 o31 23 o 42 Compresión 14 o 21 21 o 31 21 o 39

TABLA II

CARACTERISTICAS DIMENSIÓNALES DE LOS TORNILLOS “ISO” PERFIL METRICO

φ

TORNILLO TUERCA

Sección de núcleo

Diámetro (D) medio

superficie proy. 1 filete

Diámetro (D) medio

Paso

M8 32.9 7.19 17.3 10.5 1.25 M10 52.3 9.02 26.21 13.5 1.50 M12 76.2 10.86 46.9 15.5 1.75 M14 105 12.70 48.9 18 2 M16 144 14.7 57 20 2 M18 175 16.37 79.4 22.5 2.5 M20 225 18.37 89.16 25 2.5 M24 324 22.05 128.4 30 3 M30 519 27.72 187.86 38 3.5

163

TABLA III

CARACTERÍSTICAS DIMENSIÓNALES DE LOS TORNILLOS A PERFIL TRAPEZOIDAL CON P = 0.125d

φ Paso Sección del

núcleo Superficie proy 1filete

Diam. Medio tornillo

Diam. Mediotuerca

20 3 213.8 100.36 18.25 28 24 3 330.06 122.3 22.25 35 24 4 298.6 153.8 21.75 35 30 5 471.44 235.42 27.25 42

TABLA IV

PRESIÓN ADMISIBLE PARA LOS SISTEMAS TORNILLO-TUERCA UTILIZADOS EN LOS MONTAJES DE MAQUINADO Y APRIETE CON LLAVE

XC45 TH +R XC60 TH +R 35CDA TH

CIANURADO + REVENIDO

BRONCE, CRUPO ALUMINIO UA-10 Fc

TRATADO

22114mmdaNaadm =σ 23121

mmdaNaad =σ 26035

mmdaNaadm =σ 216

mmdaN

adm =σ

217mmdaN

medioadm =σ 226mmdaN

medioadm =σ 242mmdaN

madioadm =σ

21.5mmdaNPadm = 28.7

mmdaNPadm = 26.12

mmdaNPadm = 25

mmdaNPadm =

164

TABLA V

CARGAS MEDIAS ADMISIBLES EN FUNCION DEL PAR DE APRIETE PARA LOS ENSAMBLES POR TORNILLO

F= Fuerza axial admisible en d Να C= par de apriete en m d Να

Método Aproximado Práctico Tomar para la tornillera normal F=10d 2 C= 2.5d 3

Tomar para la tornillera a alta resistencia F=16 d 2 C= 4 d 3

165

CAPITULO V POTENCIA CONSUMIDA EN EL CORTE

La operación racional de las máquinas-herramientas exige entre otras cosas, que éstas sean operadas al máximo de su potencia disponible. En nuestro país es muy común que este tipo de máquinas no trabaje en esas condiciones óptimas y en muchos de los casos sin haber una buena razón para ello, lo cual significa una menor producción y por tanto un costo más elevado. El presente artículo tiene como finalidad, presentar los conocimientos teóricos necesarios para lograr ese aprovechamiento máximo de la potencia.

5.1 EXPRESION DE LA POTENCIA DE CORTE El calculo de la potencia absorbida por una máquina herramienta, sólo puede hacerse aproximadamente. Esto se explica, porqué el trabajo de corte depende de una gran cantidad de variables que no han sido suficientemente estudiadas, y esto también explica los resultados muchas veces distintos al calcular utilizando los datos obtenidos por diferentes investigadores. La potencia total absorbida durante el corte se puede dar por la siguiente fórmula:

Nt = Nc + Na + Nv (1) en donde: Nc Potencia útil de corte utilizada efectivamente durante el trabajo. Na = Potencia útil •absorvida por los mecanismos de avance. Nv No + Nf = potencia necesaria para vencer resistencias. No = potencia absorbida por la máquina durante la marcha en vacío. Nf = potencia complementaria perdida por frotamiento a causa de esfuerzos adicionales transmitidos durante el corte. Los principios técnicos en que se apoya la de terminación de la potencia utilizada durante el corte, se pueden deducir fácilmente de una operación de cilindrado en torno, Fig. 1.

166

Fig. 1.-- La fuerza de corte en una operación de cilindrado en tomo.

La velocidad de corte, que corresponde a la velocidad tangencial de la pieza, esté expresada por:

1000nDVc ⋅⋅

=π (2)

en donde: Vc = velocidad de corte en m/min. D = diámetro de la pieza que se esta maquinando en mm. n = número de revoluciones por minuto de la pieza que se está maquinando. En la Fig. 1, R es la resultante de las fuerzas originadas por el corte y puede descomponerse en tres fuerzas perpendiculares entre sí, que son: Fc = fuerza de corte en Kg. Fa = fuerza de avance en Kg. Fr = fuerza radial en Kg. Desde el punto de vista de consumo de potencia por el corte, la única fuerza que interesa es Fh como se demostrará a continuación analizando el

167

trabajo realizado por cada una de las componentes durante una vuelta completa de la pieza que se esta trabajando. Como por definición el trabajo es el producto de la fuerza por la distancia recorrida en la dirección de dicha fuerza, el trabajo correspondiente a la fuerza radial Fr es evidentemente nulo, ya que el desplazamiento de su punto de aplicación se realiza perpendicularmente a la dirección de la fuerza. Para una vuelta de la pieza, la fuerza Fa se ha desplazado una cantidad a que llamaremos avance y por lo tanto ha realizado un trabajo a X Fa . Si tornarnos en cuenta por un lado que en la práctica el avance a es demasiado pequeño con relación al desplazamiento ¶ x D que recorre en una vuelta la fuerza Fc y que por otro lado, la experiencia demuestra que la fuerza Fa es menor que Fc de acuerdo con las siguientes relaciones:

dulceaceroparaFcFa

fundicónparaFcFa

__10

_3

==

==

Podemos concluir que el trabajo a x Fa es despreciable, y lo será más a medida .que aumente el diámetro D de la pieza que se maquina. De aquí que la potencia Na absorbida por los mecanismos de avance sea despreciable. Finalmente, el trabajo de la fuerza de corte F está dado por:

revmkgFcDTc /1000

−⋅⋅

=π (3)

Por tanto la potencia consumida por el corte en sí, está expresado por:

CVVcFcnxFcDN756075601000 ⋅⋅

=⋅

⋅⋅=π (4)

Y la expresión de la potencia total queda entonces:

of NNVcFcNvVcFcNt ++⋅⋅

=+⋅⋅

=75607560

CV (5)

168

Para el cálculo se puede despreciar también Nf y entonces queda:

oNVcFcNt +⋅⋅

=7560

(6)

5.2 RENDIMIENTO TOTAL

El rendimiento mecánico en una máquina-herramienta se representa por la relación entre la energía consumida en la operación de corte propiamente dicha y la energía total que se consume medida en la entrada del motor eléctrico.

NoNcNc

NtNc

EtEc

+===η (7)

En donde Ec es la energía de corte total consumida. Se puede escribir también:

CVVcFcN

CVVcFcNcN

t

t

η

ηη

4500

17560

⋅=∴

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

⋅⋅

==

(8)

De esta última expresión se concluye que para poder determinar en forma aproximada el valor de la potencia total consumida en una operación de corte en metal, deben determinarse el rendimiento η , la velocidad de corte Vc y la fuerza de corte Fc.

5.3 VALORES DEL RENDIMIENTO MECANICO En las máquinas herramientas, por convención y como resultado de una necesidad práctica, el rendimiento mecánico engloba las pérdidas en el motor

169

eléctrico con las pérdidas en todos los mecanismos que integran la máquina. Si se analiza la ecuación” (7) se verá que existen tantos valores del rendimiento, como condiciones de trabajó diferentes pueda tener una máquina; sin embargo, en la práctica es común obtener el dato del rendimiento para la potencia nominal del motor y para las mejores condiciones de operación. La experiencia ha demostrado que para fines prácticos y a plena carga, los valores que toma la expresión del rendimiento son los siguientes:

• Para máquinas con movimiento principal rotativo, tales como tornos, taladros, fresadoras, etc., de 0.70 a 0.85.

• Para máquinas con movimiento principal rectilíneo, tales como cepillos, escoplos, brochadoras, etc., de 0.60 y 0.70.

Dentro de estos valores y de acuerdo con el criterio y la experiencia podrá seleccionarse el rendimiento para una máquina determinada.

5.3 VALORES DE LA VELOCIDAD DE CORTE Y DE LA FUERZA DE CORTE El valor de la velocidad de corte Vc depende de varios factores, entre los cuales podemos citar el tipo y dureza del material a trabajar, material y condiciones del filo de la herramienta, estado de la máquina, refrigerante utilizado, vida de la herramienta, profundidad del corte y velocidad de avance. Los valores tabulados en el capítulo I son válidos para nuestros cálculos. VALORES DE LA FUERZA DE CORTE La fuerza de corte Fh se puede determinar por comparación, a partir de fórmulas empíricas deducidas de ensayos de laboratorio o bien por medición directa en dinamómetros especiales. Esto da lugar a dos métodos generales: métodos por comparación y métodos por comprobación directa. Posiblemente entre los primeros, los más prácticos son aquellos que utilizan la “presión específica de corte” como base para el cálculo por lo cual, antes de llegar al método en sí, conviene analizar el concepto citado. De la ecuación (3) se deduce que el trabajo realizado por minuto es:

min1000mkgFcVcFhnDTm

−⋅=⋅⋅=

π

170

o bien

min1000 mkgFcVcTm

−⋅= (12)

Este trabajo es evidentemente igual a la energía consumida para realizarlo. Por otro lado, si llamamos p a la profundidad de corte y a al avance, expresados ambos en mm, el volumen de material removido por minuto será:

min10001000

3mmVcqVcapVm ⋅⋅=⋅⋅⋅= (13)

De las últimas expresiones se deduce que tanto el consumo de energía como la cantidad de metal removido, son proporcionales a la velocidad de corte. Esto permite establecer un parámetro que da una indicación de la eficiencia del proceso y que es independiente de la velocidad de corte. Este parámetro es la energía consumida por unidad de volumen de material removido y generalmente se conoce como presión específica de corte, expresada matemáticamente como sigue:

qFc

VT

Km

ms == 2mm

kg (14)

en donde Ks = presión específica de corte y q = área transversal de corte (sección de la viruta) = a x p mm2

La presión específica de corte puede variar considerablemente para un material dado y la experimentación ha comprobado que su valor depende de algunas variables tales como: velocidad, profundidad y alimentación durante el corte, geometría y posición de la herramienta, condiciones del filo, material que se trabaja y lubricación durante el corte. Sin embargo se ha demostrado que para un ángulo en la cara de ataque (rake angle), altas velocidades de corte y grandes alimentaciones, la presión específica de corte tiende a permanecer constante. Para torneado y para acero

171

medio este valor se aproxima a 113Kg/ mm2 ensayado con un ángulo en la cara de ataque de 10º y una profundidad de corte de 1.27 mm. Finalmente la fuerza Fc se puede medir experimentalmente con dinamómetros especialmente diseñados El principio sobre el cual se basan todos los dinamómetros es la medición de deflexiones o alargamientos producidos en la estructura del dinamómetro debido a la acción de la resultante de la fuerza de corte. El diseño de un dinamómetro difiere considerablemente dependiendo de si las de flexiones de la estructura se miden directamente con transductores de desplazamiento o si los alargamientos impuestos a la estructura se miden por medio de galgas extensormétricas (strain gauges) (figs. 3a, 3b y 4) y su equipo adicional.

Fig. 3- (3a) Dinamómetro de viga cantilever donde la medición de las deformaciones se hace con transductores de desplazamiento; (3b) sección del dinamómetro anterior; (3c) relación desplazamientos para dinamómetro en cantilever.

172

Fig. 4.- Dinamómetro de anillos octagonales en donde la medición de las deformaciones se hacen con galgas extensométricas. ( 1 ) la relación de desplazamiento Vd, donde

aherramientladeentodesplazamirtransductooagalapormedidaestructuraladedeflexionVd

lg=

(2) el desplazamiento X de la herramienta. En un diseño eficiente es deseable que el desplazamiento X de la herramienta sea lo más pequeño posible para que la geometría del proceso se mantenga durante el corte y la estructura del dinamómetro tenga una alta frecuencia natural. Con objeto de obtener el máximo rendimiento de la instrumentación, es necesario que el desplazamiento Y medido por la galga extensométrica o transductor sea lo más grande posible. Así una combinación de los requerimientos, de un alto valor de Y y un bajo valor de X significa que Vd = Y / x será lo más alto posible. En otras palabras, el valor de Vd es una guía de la eficiencia con la cual la sensibilidad de la instrumentación es utilizada. En la mayor parte de los diseños Vd no puede ser mayor que la unidad y de esta manera un valor de Vd generalmente cercano a la unidad corresponderá a un diseño eficiente. Ensayo realizado en la Escuela Superior de Artes y Oficios para la determinación de esfuerzos genera dos en el corte de viruta. Datos del equipo: - Dinamómetro LCA MA 5807.501 - Unidad de medición a lectura directa Philips PR9300 : Datos técnicos:

- Material: acero medio (Xc 38)

- Resistencia a la tensión RT = 60 2mmNda ⋅

- Herramienta carburo metálico (P 20) - Barra circular θ 70mm

173

- N = 630 rpm

VC = ¶ Dn = (3.1416)(0.07)(630) = 138.5 minm

Sección de corte: S = P · a = 2(0.5) = 1 mm2 Esfuerzos medidos Fh…………….. 6 divisiones Fv…………….. 4 divisiones ¿Cuál es el valor de cada división?

Fh (Kg.) DIVISIONES Fv (Kg.) DIVISIONES

0 0 0 0

50 2.5 70 4.6

100 5.0 140 9.3

150 7.5 210 14.7

200 10.0

Para Fh:

daNFh 120)6(20

205.2

5055.7

100150

1 ==

==−−

174

para Fv:

daNFv 87.60)4(22.15

22.156.4

70

1 ==

=

Relación de recalibración por posición de la herramienta

daNFv

daNFh

R

679011.0

87.60

1339011.0120

9011.086

5.77

==

==

==

Complemento del problema

mmammp

mVcdaNFvdaNFh

r

5.02

min/1386713335.0

14

=====

=°=γ

VcapVvFcE

VcapVF

E

apFhE

C

FFF

T

⋅⋅⋅

=

⋅⋅⋅

=

⋅=

175

TCC

TFF

C

V

c

F

F

F

T

EExxE

EExxE

mkgE

mVcV

daNsensenFvFhF

mkgE

msensenVcV

daNsenFvsenFhF

gangsenrsen

rtg

mkgcmkgxE

%44.747444.01033.110898.9

%56.252556.01033.1104.3

98.98)138)(05.0(2.0)72.134(39.101

min72.134

)1435.20cos(14cos138

)cos(cos

39.10135.206735.20cos133_cos_

34)138)(05.0(2.0

)28.48(18.97

min28.48

)1435.20cos(35.20138

)cos(

18.9714cos6714133cos__

35.2035.203710.0tan

3710.01435.01

14cos35.01

cos

1331330010133)05.0)(2.0(

133

8

7

8

7

2

=∴==

=∴==

⋅==

=−°

=−

=

=°−°=−=

⋅==

=−°

=−

=

=°+°=+=

°=°=⋅=

=°−

°=

−=

⋅=⋅===

γθγ

θθ

γθθ

γγ

θθ

γγθ

176

5.4 POTENCIA CONSUMIDA POR EL TORNEADO

Para el calculo de la fuerza de corte Fc en operaciones de cilindrado en torno, existen varios métodos basados en la presión específica de corte debidos a diferentes investigadores. En realidad el método es el mismo y la única variación esta en la forma de determinar la presión específica K. VALORES DE K PARA TORNEADO

M AT E R IA L KS Kg/mm2

Latón y duraluminio 80

Fundici6n H B = 140 110

Fundición H B = 180 120



A c e r o RT = 50 Kg/mm2 190

A c e r o RT = 60 Kg/mm2 230

A c e r o RT = 70 Kg/mm2 260

A c e r o RT = 85 Kg/mm2 310

5.5 POTENCIA CONSUMIDA POR EL FRESADO En el fresado, la secci6n de la viruta no es constante. El volumen del metal cortado está limitado por dos arcos de círculo de diámetro D (correspondiente al diámetro de la herramienta). Como las cuerdas son iguales, la superficie de la semiluneta es equivalente a la del paralelogramo DCBA (Fig. 7) y este, es a su vez equivalente al rectángulo EFBA. Por lo tanto el volumen cortado será:

177

Vm = a .x p x b mrn3/min siendo b = ancho del corte. De la ecuación (14) tenemos: Tm = Vm x KS Tm = a x p x b x KS

Este trabajo es realizado por una fuerza Fc tangencial a la herramienta que tiene una velocidad periférica Vc, por tanto se tiene: Tm = F X V F x V = a x p x b x KS

178

Si queremos expresar este trabajo en .Kg-m/min., teniendo F en Kg V en m/min., a en mm/min., p en mm, b en mm y KS en Kg./ mm2 tenemos:

min/1000

mKgKbpa

VcFc S ⋅⋅⋅⋅

=⋅

Si expresamos este trabajo por minuto en CV, tenemos

CVKbpa

Nc S

60751000 ⋅⋅⋅⋅⋅

=

CVKbpa

Nc S

η4500000⋅⋅⋅

= (25)

Los valores de la presión específica para el fresado se dan en la tabla 7. TABLA 7. VALORES DE LA PRESION ESPECIFICA KS PARA OPERACIONES DE FRESADO

179

5.6 POTENCIA CONSUMIDA POR EL RECTIFICADO El trabajo absorbido por una muela para desprender la unidad de volumen del material que se rectifica es mucho más grande que la absorbida por otras herramientas cortantes. Esto se explica por el hecho de que la muela trabaja

180

desprendiendo una viruta de una sección muy pequeña. Por esto las máquinas rectificadoras que no desprenden más que pequeños volúmenes de material en la unidad de tiempo son no obstante, dotadas de motores de mando de la muela considerablemente más potentes que las máquinas herramientas de otros tipos. Como en todos los casos anteriores, actualmente no se cuenta con resultados empíricos suficientemente seguros para establecer las bases teóricas o los coeficientes numéricos exactos para el cálculo de la potencia consumida en el rectificado. Por otra parte la potencia absorbida en esta operación depende de la muela seleccionada y en algunos casos al rectificar con muelas no apropiadas, la potencia puede aumentar fácilmente del 50% al 60%. Para el cálculo de la potencia consumida en el rectificado se utiliza la ecuación (8) en donde Fc es la fuerza tangencial de corte en Kg. sobre la muela y V la velocidad tangencial de la muela en m/seg. Método de la presión específica De la ecuación (14) podemos deducir que: FC = KS x q (31) En donde q representa en este caso la sección momentánea de la viruta. El profesor Schlesinger encontró para KS los valores para la fundición y el acero de la tabla 9. En la gráfica de la Fig. 9 y de acuerdo con los resultados del mismo Profesor, Schlesinger, se dan los valores de K en función del producto p x en don de p es la profundidad de corte y el avance longitudinal de la muela en mm/revolución de la pieza que se rectifica. La Fig.10 da los valores de la fuerza tangencial de corte F según M. Kurrein, en función de la sección momentánea de viruta para el rectificado del acero. La sección de viruta momentánea se calcula con la fórmula:

181

2

60mm

VcVpaq ⋅⋅

=ρ (32)

en donde Vρ es la velocidad tangencial de la pieza rectificada (avance circular) en m/min., y Vc esta dada para esta ecuación en m/seg.

182

TABLA 9.- VALORES DE LA PRESION ESPECIFICA DE CORTE K PARA EL RECTIFICADO DE LA FUNDICION Y EL ACERO

183

Para el cálculo de la potencia será necesario sustituir el valor de Fc en la ecuación (8) y por tanto según M.Murrein, tenemos para su caso:

CVVpapKVcFcNN S

TKC ......45004500 ηη

⋅⋅⋅=

⋅== (33)

5.7 POTENCIA CONSUMIDA POR EL CEPILLADO El cepillado es una operación de corte que se realiza como consecuencia de un movimiento alternativo comunicado a la herramienta o a la pieza que se trabaja. En él primer caso tendremos el cepillo de codo y en el segundo caso el cepillo de mesa. Método de la presión específica Como ya antes se ha visto, la fuerza de cor te es proporcional a la sección de la viruta, pudiendo se aplicar la fórmula (14) para el cálculo de la potencia. Los valores de KS para el cepillado se dan en la tabla 10. TABLA 10,- VALORES DE LA PRESION ESPECIFICA KS PARA EL CEPILLADO

184

5.8 POTENCIA CONSUMIDA EN EL TALADRADO EN FUNCION DE LA

RESISTENCIA LA TENSION DEL MATERIAL MAQUINADO

CRK

T

S = acabadosparaC

acabadomedioparaCdebastesparaC

__5___4

__3

≅≅≅

mmp

mmp02.01.0

≤=

para aceros RT = 0.35 H.B. para aceros medio (RT)e≅ 60 dά N/mm2 x C 38 para un XC 70 88-98 dά N/mm2

185

De acuerdo con la figura anterior se tiene:

2VcVm =

43 DRqCRqKFc trS

α=== para un gavilán

CVVmFhNT .................75

2η⋅

= para dos gavilanes

186

CAPITULO VI

6.1 AJUSTES Y TOLERANCIAS

Supóngase un conjunto mecánico como el mostrado en la Fig. # 1 donde se tiene un árbol o flecha que gira a una velocidad “n”, una chumacera o soporte que guía y apoya al árbol, y una base que fija y soporta a ambos. En este conjunto puede observarse que existen superficies cilíndricas en contacto, tales cato las superficies “A”, entre el árbol y chumacera y las superficies “B” entre los barrenos de la chumacera y los tornillos de fijación a la base o bastidor. (Ver Fig. 2). Obviamente para que exista movimiento relativo entre el árbol y chumacera, el diámetro de la chumacera “D” deberá ser mayor que el del árbol “d”, y es aquí donde surge la pregunta ¿Qué tanto deberá ser mayor “D” que “d”. Bueno, es directamente proporcional a las necesidades de funcionamiento. Por ejemplo: se tendrán condiciones diferentes si este conjunto pertenece al rotor de un avión o a una bomba, que si pertenece a una bicicleta. En base a esto podemos concluir que en un conjunto existen unas superficies más importantes que otras. Clasificando tendremos:

• a). Superficies funcionales.

• b). Superficies no funcionales. Las superficies funcionales son aquellas que permiten el correcto funcionamiento de un conjunto, y las no funcionales las menos importantes de las cuales no se depende la principal función de un conjunto. Refiriéndonos a la Fig. # 2, las superficies A y B deberán obtenerse mediante procedimientos de fabricación más cuidadosos que los necesarios para las superficies “C”. No así, las superficies A y 8 que requieren un acabado superficial más cuidadoso a través de maquinado. Igualmente es posible que la superficie “A” se obtenga con más cuidado que “B” ya que la superficie “A”

187

apoyará al árbol con movimiento mientras que la Superficie “B” permanecerá fija en el bastidor.

Existen diversos procedimientos de fabricación unos mas precisos que otros pero por ninguno de ellos es posible obtener una dimensión exacta que se

188

haya fijado para una pieza, es decir que sea cual sea el procedimiento de fabricación, llevará siempre implícito un cierto grado de error. La razón de éste error es originada por diversas causas:

a) La máquina misma hecha de componentes imprecisos. b) La herramienta que sufre desgaste. c) Deformaciones mecánicas. d) Deformaciones de origen térmico etc. Por otra parte, para que una pieza

cumpla correcta mente su función no es necesario que tenga una dimensión exacta.

Es suficiente que su dimensión real o efectiva esté dentro de ciertos “límites” bien definidos.

6.2 DIMENSIONES LÍMITE

Las dimensiones límite son aquellas dimensiones externas dentro de las cuales debe estar la dimensión real o efectiva de la pieza. (Ver Fig. # 3) Las dimensiones externas comprenden: a).- Dimensión mínima (Es la menor de las dimensiones. b).- Dimensión máxima (es la mayor de las dimensiones límite) La dimensión real o efectiva es aquella que se obtiene mediante verificación en la pieza y la obtención de ésta, lleva involucrado cierto grado de incertidumbre de dependiendo de los medios de que se disponga para efectuar la medición. Es evidente que menor será la incertidumbre cuanto mayor sea la precisión de los instrumentos disponibles para obtener la medición.

189

Para que se considere una pieza buena, es necesario que su dimensión efectiva sea mayor que la dimensión mínima erm1tida y que a su vez sea menor o. igual a la dimensión máxima permitida es decir:

DIMENSIÓN MINÍMA ≤ DIMENSIÓN EFECTIVA ≤ DIMENSIÓN MAXIMA Como puede observarse la dimensión efectiva esta contenida en un intervalo cuyos límites son las dimensiones extremas. A éste intervalo se le llama “INTERVALO DE T0LERANCIA”. Entonces el intervalo de tolerancia es igual a la diferencia entre la dimensión máxima y la dimensión mínima. Por ejemplo: Supóngase que por necesidades de funcionamiento se re quiere que el agujero del soporte (Ver Fig. 1) tenga una dimensión máxima de 52 mm. y una dimensión mínima de 51.5 mm., entonces el intervalo de tolerancia es: INTERVALO DE TOLERANCIA = 52 – 51.5 = 0.5mm.

190

Estos datos pueden indicarse en el dibujo de la pieza, existiendo muchas maneras de poder representarlos. La Fig. # 4 nos muestra seis ejemplos en donde todos indican lo mismo. Los dibujos del b al f se diferencian uno al otro en la elección de la medida de referencia y a partir de ésta se indica cuanto ha de aumentar o disminuir la dimensión efectiva.

191

Puede decirse que son éstas las formas más convenientes de representar éstos datos, solo que es necesario elegir correctamente la dimensión de referencia más adecuada según se vera mas adelante.

6.3 DIMENSION NOMINAL A la dimensión que se toma como referencia se le llama “dimensión nominal” y no debe tener un valor arbitrario, “Es conveniente que sea un número normal”. (Número basados en las series Renard). Una buena razón para emplear éstos números al designar la dimensión nominal, es que al hacer la verificación sobre todo en la producción en serie, es más cómodo y rápido usar calibres. Por ejemplo calibres “para no para” para piezas de sección circular y precisamente las dimensiones de los calibres comerciales, están de acuerdo los n normales.

6.4 DESVIACIONES Refiriéndonos a los ejemplos de la figura # 4, al comparar las distintas dimensiones nominales ahí mostradas, se encuentra que los valores más convenientes son 50 y 53, a partir de los cuales se dan las cifras +2, +1.5 y -1, -1.5 respectivamente. A éstas cifras se les llama “desviaciones” y se puede definir como las cifras que indican la variación de la dimensión efectiva referidas a la dimensión nominal. Las desviaciones involucran una desviación superior y una inferior. DesviaciónSuperior Desviaciones Desviación Interior Desviación Superior: Es la diferencia entre la dimensión máxima y la dimensión nominal. Desviación Inferior: Es la diferencia entre la dimensión mínima y la dimensión nominal.

192

Ejemplo: de la figura 4 tenemos 5.150

2+

+ de donde tomamos los siguientes datos:

Dimensión máxima = 52 Dimensión mínima = 51.5 Dimensión Nominal = 50 Desviación Superior = 52 —50= +2 Desviación Inferior = 51.5—50 = +1.5 Esto indica que para que la pieza se pueda considerar como “Buena” es necesario que la dimensión efectiva sea siempre menor que la dimensión nominal.

Esto quiere decir que las desviaciones ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−

−51

1 si afectan a la tolerancia

dentro o por abajo de la dimensión nominal. (Ver Fig. 6) Existen casos en los cuales, una pieza una dimensión igual a la nominal se le considera “mala”. Esto es debido a que esta fuera de las dimensiones límite.

Para el caso de la Fig. 4 f tenemos 5.153

0.1−

−

entonces: Dimensión N”xima = 52 Dimensión L = 51.5 Dimensión Nominal = 53 Desviación Superior = 52 —53 = —l Desviación Inferior = 51.5 —53 =1.5.

193

FORMA DE REPRESENTAR LAS DESVIACIONES Las desviaciones se indican en la misma unidad que la dimensión nominal (Para el Sistema Métrico generalmente milímetros) y se escriben con el mismo numero de decimales. Ejemplos:

07.05802.0−

+ , 23.073

10.0−

+ en donde la desviación superior se escribe arriba de la

desviación inferior. No se debe olvidar que la posición de la tolerancia respecto a la dimensión nominal esta definida por las desviaciones Superior o Inferior. Cuando una de las desviaciones es nula, se indica con cero y se omite el

signo. Ejemplo 0,373.0+

, 0

Como ya se ha visto las desviaciones pueden ser positivas o negativas es decir que están ”arriba” o por “debajo” respectivamente de la dimensión nominal. En el caso que las dos desviaciones están arriba o abajo de la dimensión

nominal se dice que la “tolerancia es unilateral”. Ejemplos 5.153

1−

− , 5.150

2+

+

194

Y cuando la desviación superior esta por arriba de la dimensión nominal y la desviación inferior esta por debajo se dice que la tolerancia es bilateral. Ejemplo

32.03510.0−

+

195

6.5 SISTEMA I. S. O. DE TOLERANCIAS Y AJUSTES Estas notas han tomado como referencia la norma IS0/R286-1963 que se refiere a las tolerancias dimensionales de piezas lisas y los ajustes correspondientes a su ensamble. Es necesario antes de continuar aclarar que en lo sucesivo los términos árbol y agujero definen respectivamente el espacio contenido y continente, entre dos caras (o planos tangentes) paralelas de una pieza cualquiera. Puede ser de sección cilíndrica (caso más común) o cualquier otra forma tal como el ancho de una ranura, espesor de una chaveta etc. Sin embargo por sencillez y dada su importancia el desarrollo del Sistema esta basado en base a piezas cilíndricas. A continuación se ofrece una explicación de las bases fundamentales de los conceptos utilizados en ésta norma. Los valores de las dimensiones nominales se han agrupado en trece escalones que van desde ≤ 3mm., hasta 500mm. (también comprende valores de 500mm., hasta 3150mm., los cuales no están incluidos en este trabajo). Estos escalones están indicados en la primera columna de la Tabla I.

196

6.6 “INTERVALOS DE TOLERANCIA FUNDAMENTALES” Con el objetivo de satisfacer las distintas necesidades de precisión, para cada escalón de dimensiones nominales, se han previsto 18 valores distintos de intervalos de tolerancia, llamados “INTERVALOS DE TOLERANCIA FUNDAMENTALES”. (Ver tabla I). Cada uno de estos valores dados, en micras (μ) constituye la diferencia entre las dimensiones límites.

197

6.7 CALIDADES QUE PUEDEN OBTENERSE CON LAS DISTINTAS MAQUINAS HERRAMIENTAS.

Al grado de precisión necesario se le llama “calidad” y se representa mediante un número. En la tabla 1 están indicadas las 18 calidades que en función de la dimensión no minal, dan el correspondiente intervalo de tolerancia funda mental. Los primeros números 01, 0, 1, 2, representan tolerancias muy cerradas en comparación con los últimos. A continuación se verán unos ejemplos que permitirán— ver la relación que existe entre la dimensión nominal, la - calidad y la tolerancia. (Ver tabla No.1). Ejemplo No.1 Supongamos una dimensión nominal de 63 mm., perteneciente al intervalo 50 a 80 (ver tabla 1) y a la que se le ha designado una calidad 5, corresponderá un intervalo de - tolerancia de 13 =0.013 mm. Ejemplo No. 2 Para la misma dimensión nominal del ejemplo anterior, y con una calidad 16, corresponderá un intervalo de tolerancia de 1900 = 1.9 mm. Ejemplo No.3 Ahora consideramos la dimensión nominal 355 perteneciente al intervalo 315 a 400 (Ver tabla 1) y a la que se le ha designado una calidad 5, entonces le corresponder un intervalo de tolerancia de 25 = 0.025 mm. Con el ejemplo 1 y 2 podemos sacar como conclusión que para una misma dimensión nominal, la calidad permite una tolerancia mucho mayor que la correspondiente a la calidad 5.

198

Por tanto para una dimensión nominal dada, la tolerancia depende de la calidad. NOTA: MICRA = 0.001 mm. y se simboliza μ m. Ahora bien en el ejemplo No. 3 observamos que el intervalo de tolerancia es mayor que el correspondiente en e]. ejemplo No. 1 teniendo en ambos casos la misma calidad 5. Por tanto se puede concluir que; “para una calidad dada, la tolerancia aumenta con el valor de la dimensión nominal”. Al respecto, se ha encontrado que para la misma dificultad de ejecución, la relación entre la magnitud de los defectos de fabricación y la dimensión nominal, es una función de tipo parabólico. En los procesos de manufactura por maquinado, se cuentan maquinas tales como el torno revólver, tornos paralelos, tornos automáticos, fresadoras, cepillos, rectificadoras, etc. con las cuales pueden obtenerse calidades de 5 adelante. En la siguiente tabla se dan los valores de las calida des que pueden obtenerse con distintas maquinas en buen estado.

MAQUINA CALIDAD

Tomo paralelo clásico Torno revólver Torno semiautomático Torno vertical Torno automático mono-husillo Torno automático multi-husillo Fresadora vertical Fresadora horizontal

7 9-8 8-7 8-7 9-7 9-7 7 7

199

Fresadora universal Fresadora de control numérico Cepillo de codo Cepillo de mesa Mortajadora Brochadota Taladradora de columna: con broca con escariador Taladradora radial: Con broca con escariador Talladora c/fresa plana de módulo Talladora c/fresa madre Talladora c/hta. piñón Talladora c/hta. cremallera Talladora por mortajado Talladora tipo Gleason Rectificadora de engranes Rasuradora de engranes Rectificadora plana Rectificadora de revolución Rectificadora sin centros

7 8 8

8-7 9-8 7

11 7

11 7 7 7 7 7

7-9 8-7 6-5 6-5 6-4 6-5 6-5

La tolerancia para cada escalón o intervalo de dimensiones en el “SISTEMA ISO”, puede tener 28 distintas posiciones, representada cada una por medio de letras: Mayúsculas para agujeros y minúsculas para árboles. Para el caso e los agujeros, las primeras letras del Alfabeto representan a la posición de la tolerancia siempre por encima de la dimensión nominal, según se puede apreciar en la Fig. 7. Ahí mismo se puede apreciar que el agujero H representa la posición de la tolerancia con desviación inferior nula.

200

La LÍNEA CERO O LÍNEA DE DESVIACIÓN nula (Ver Fig. 7) nos representa la dimensión nominal. En la misma Fig. 7 los agujeros representados con las ultimas letras, indican que su tolerancia esta siempre por de bajo de la Línea Cero. Con el objeto de simplificar y tener más sintetizados éstos conceptos, la representación mostrada en la Fig. 7, se sustituye por la mostrada en la Fig. No. 8. En ésta se considera que el eje de la pieza esta debajo de la línea cero. Para los árboles las primer letras del Alfabeto representan a la posición de la tolerancia siempre por debajo de la “Línea Cero” (Ver Fig. 9). Mientras que el árbol “h” tiene desviación superior nula es decir coincide con la Línea Cero, y los árboles representados con las ultimas letras del Alfabeto representan posiciones de la tolerancia siempre por encina de la Línea Cero. La Fig. # 9 nos representa esquemáticamente las posibilidades que d el Sistema ISO para las posiciones de la tolerancia en agujeros y árboles

6.8 DESIGNACION DE LA TOLERANCIA

Al designar la tolerancia, primero se indica el valor de la dimensión nominal, después la letra que representa la posición de la tolerancia y finalmente el número que indica la calidad o grado de precisión necesaria.

202

Ejemplo No. 1). — La representación 40H7, indica por la letra may que se trata de agujeros cuya tolerancia tiene una posición H, con una dimensión nominal de 40 mm. y una calidad 7.

203

En la Tabla II, se indican valores en micras de desviaciones para agujeros y árboles más usuales, en mecánica general. Relacionando el ejemplo anterior con esta tabla, a 40H7 corresponden las

desviaciones 0

25+ por lo que 40H70

025.0+ . Por tanto esto indica que la dimensión

nominal (Desviación Inferior Nula), mientras que la máxima es igual a 40.025. Ejemplo No. 2). La representación 80f6 indica, por la letra minúscula, que se trata de árboles cuya tolerancia tiene una posición “f”, con una dimensión nominal de 80 mm., y una calidad 6. Observando en la Tabla II este ejemplo, a 80f6 corresponden los valores

4930

−− por lo que 80f6 = 80

049.0030.0

−− . Esto indica que estos árboles tienen Límites

tales que su dimensión real o efectiva deber ser siempre menor a 80.

205

6.9 AJUSTES Cuando dos piezas que se ensamblan tienen la misma dimensión nominal, se dice que se trata de un “ajuste” Ajuste con juego.- Es aquel que asegura siempre un juego. Es decir, la zona de tolerancia del agujero esta enteramente por encima de la zona de tolerancia del árbol. (Ver Fig. 10a).

206

Ajuste incierto.- Es aquel ajuste que puede dar a veces juego, y a veces apriete. Es decir, las zonas de tolerancia del árbol y el agujero se traslapan. (Ver Fig. l0b).

Ajuste con apriete.- Es aquel ajuste que asegura siempre un apriete. Es decir, la zona de tolerancia del agujero esta enteramente por de bajo de la zona de tolerancia del árbol. (Ver Fig. l0c)

207

SISTEMAS PARA LOGRAR AJUSTES Por sencillez y economía se han establecido dos sistemas para lograr ajustes. Estos son: a). EL SISTEMADEL AGUJERO NORMAL. b), EL SISTEMA DEL ARBOL NORMAL. El sistema del agujero normal toma como base el agujero H, y se logra el ajuste al combinarlo con el árbol más indicado. Así por ejemplo se logra juego al combinar el agujero H con cualquiera de los árboles a, b, c,…, g. (Ver Fig. 9 y 11). De la misma manera apriete al combinar H con n, p, r,. . . . zc. Y, un ajuste exacto se logra al combinar H con h.

El sistema del árbol normal toma como base el árbol tipo h y se logra el ajuste deseado al combinarlo con el agujero mas indicado. Por ejemplo, el ajuste con juego se logra al combinar h con los agujeros: A, B, C,…G. El ajuste exacto se

208

logra al combinar h con el agujero H. Y el apriete se logra al combinar h con los agujeros N, P, R, S,…ZC. (Ver Fig. 12)

De estos dos sistemas el más utilizado es el del “agujero normal”. La razón es que es más fácil variar las dimensiones de un árbol que de un agujero. La tabla III muestra una serie de ajustes que se recomiendan para uso en mecánica general.

209

6.10 DESIGNACION DE AJUSTES Para designar un ajuste, es necesario indicar primero la dimensión nominal (común a las dos piezas) , después la tolerancia para el agujero y finalmente la tolerancia para el árbol. Ejemplo: Sea 300 la dimensión nominal, H 7 la tolerancia para el agujero y ℮6 la tolerancia para el árbol, entonces el ajuste se puede indicar como sigue: 300

H7/℮6; 300 y 300e6

7H y 300H7-℮6.

Para los ajustes, desde el punto de vista económico y basándonos en lo anteriormente expuesto se recomienda emplear tanto en árbol como en agujere, la peor calidad posible que permitan su correcto funcionamiento.

210

Ahora bien, normalmente se pueden conseguir mejorar calidades en árboles que en agujeros. Por lo cual se recomienda asociar a la calidad dada al agujero, una calidad inmediata inferior a la calidad del árbol. Ejemplos: 60 H7/g6 ; 60 H6/e5 ; 60 H5/g4

6.11 EJEMPLOS DE AJUSTES A continuación se dan algunos ejemplos objetivos para la mejor comprensión y aplicación de los conceptos involucrados en este tema. Ejemplo 1: Se desea que entre las piezas 1 y 2 existan los — siguientes ajustes, entre las caras que comprenden la dimensión nominal de 200 mm. (Ver Fig. 13).

211

A). Ajuste con juego mediano. B). Ajuste con apriete mediano. Caso A). Auxiliándonos en la tabla III, tomamos el ajuste H8/e8 recomendado para “juego mediano”. Entonces se puede indicar este ajuste tal como lo muestra la Fig. 14a.

Las tolerancias que implica el ajuste de estas piezas se pueden obtener de la tabla II.

Agujero (pieza 1): 200 H8 = 2000

072.+

Árbol (pieza 2): 200 e8 = 200172.0100.0

−−

212

Por tanto cada pieza puede estar acotada como se muestra en la Fig. 14b y 14c.

Es evidente que existirán juegos máximos y mínimos posibles en este ajuste, los cuales pueden encontrarse de acuerdo a las siguientes expresiones: JUEGO MAXIMO = DIMENSION MAXIMA DE 1 = DIMENSION MINIMA DE 2 JUEGO MINIMO = DIMENSION MINIMA DE 1 = DIMENSION MAXIMA DE 2 Sustituyendo en estas expresiones los valores correspondientes se tiene: JUEGO MAXIMO = 200.072 - 199.828 = 0.244 JUEGO MINIMO = 200.000 - 199.900 = 0.100 Caso B). De la tabla III, tomamos el ajuste H7/p6 recomendado para “ajuste con apriete mediano”. Entonces se puede indicar este ajuste tal corno lo muestra la Fig. 15a.

213

Las tolerancias que implica el ajuste de estas piezas se pueden indicar individualmente de la siguiente manera: Por la tabla II, se tiene

Agujero (pieza 1) = 200 H7 = 2000

46.0+

Árbol (pieza 2)= 200 p6 = 200050.0079.0

++

Por tanto cada pieza puede estar acotada como se muestra en la Fig. 15b y 15c.

214

Es evidente que existirán aprietes máximos y mínimos posibles en este ajuste (200 H7/p6), los cuales pueden encontrarse de acuerdo a las siguientes expresiones: APRIETE MAXIMO = DIMENSION MINIMA DE 1 = DIMENSION MAXIMA DE 2 APRIETE MINIMO = DIMENSION MAXINAMA DE 1 = DIMENSION MINIMA DE 2 Sustituyendo en estas expresiones los valores correspondientes se tiene: APRIETE MAXIMO = 200.000 - 200.079 = - 0.079 APRIETE MINIMO = 200.046 - 200.050 = - 0.004 Ejemplo 2: Conocidas la dimensión de la pieza 1 y el juego permitido con la pieza 2, calcular las dimensiones límite de la pieza 2. (Ver Fig. 16). (En este dibujo se indicó el juego exagerado - únicamente por claridad. En un dibujo formal no es necesario hacerlo)

215

Solución: De los datos de la Fig. 16, tenemos que el juego máximo = 0.6 y el mínimo = 0.2, así como la dimensión 300±0.1 de la pieza 2.- Entonces se puede calcular las dimensiones límite de la pieza 1 como sigue: JUEGO MAXIMO = DIMENSION MAXIMA DE 2 - DIMENSION MININA DE 1 …………………………………………………………….. (1) JUEGO MINIMO = DIMENSIÓN MININA DE 2 - DIMENSION M DE ……………………………………………………………………………….(2) de (1) despejamos y sustituimos valores DIMENSION MAXIMA DE 2 = DIMENSION MININA DE 1 + JUEGO MAXIMO = 299.9 + 0.6 = 300.5 de (2) despejamos y sustituimos valores DIMENSION MINIMO DE 2 = DIMENSION MAXIMA DE 1 + 1 JUEGO MAXIMO

216

= 300.1 + 0.2 = 300.3

Por tanto las dimensiones límite en la pieza 2 pueden acotarse con 3003.05.0

++

6.12 TOLERANCIAS DE FORMA Y DE POSICION SEGUN NORMA NFEC4-121

TOLERANCIAS DE FORMA O INDEPENDIENTES 1.- Planicidad

2.- Rectitud 3.- Cilindricidad 4.- Circularidad

217

TOLERANCIAS DE POSICION O DEPENDIENTES 1. — Inclinación 2. — Paralelismo 3. — Perpendicularidad 4. — Posición 5. — Coaxia1idad 6. — Simetría

218

6.13 TOLERANCIAS DE FORMA Y/O POSICION QUE AFECTAN A LAS SUPERFICIES CILINDRICAS

NOMBRE Y SIMBOLO: 1. — Rectitud de una línea.

ESPECIFICACION. — 0.02 indica la mayor distada admisible entre todos los puntos de la generatriz y su envolvente. NOMBRE Y SIMBOLO: 2. — Rectitud de un eje.

ESPECIFICACION.- El eje de la pieza debe estar comprendido en cilindro envolvente de diámetro máximo 0.04.

219

NOMBRE Y SIMBOLO: 3. — Cilindricidad

ESPECIFICACION: 0.02 indica la mayor distancia radial admisible entre todos los puntos de la superficie externa y su cilindro envolvente. NOMBRE Y SIMBOLO: 4. — Circularidad

ESPECIFICION. — 0.05 indica la mayor distancia r admisible en el plano de sección que la contiene, entre cualquier punto de la línea considerada y su círculo envolvente. NOMBRE Y SIMBOLO: 4. — Coaxialidad

220

ESPECIFICACIÓN. - El eje del cilindro de Ø 20h8 deberá permanecer en el interior de un cilindro de Ø 0.02 cuyo eje este confundido (el mismo) con el eje del cilindro de Ø 12f8 tomando como referencia.

6.14 TOLERANCIAS DE FORMA Y / 0 POSICION QUE AFECTAN A LAS SUPERFICIES PLANAS

NOMBRE Y SIMBOLO.- 1.- Planicidad

221

ESPECIFICACION. — 0.05 indica la mayor distancia admisible entre cualquier punto de la superficie y su plano envolvente. La medida se efectúa sobre una superficie cuadrada de lado 100mm. y en posición cualquiera. *Si no se especifica con la cota quiere decir que se debe verificar toda la superficie. NOMBRE Y SIMBOLO.- 2.- Inclinación

222

ESPECIFICACION. — Sea A la superficie de referencia, B el plano auxiliar inclinado a 45° con relación al eje de la superficie A y sobre la superficie a verificar. 0.08 indica la mayor distancia admisible entre cualquier punto de la superficie a verificar y el plano B. NOMBRE Y SIMBOLO.- 3.- Paralelismo

ESPECIFICACION.- 0.05 indica la mayor distancia admisible entre cualquier punto de la superficie a verificar y el plano B. NOMBRE Y SIMBOLO.- 4.- Simetría

223

ESPECIFICACION. — El plano medio de la ranura debe estar comprendido entre los dos planos paralelos distantes 0.10 y dispuestos simétricamente con relación al plano medio del cilindro. NOMBRE Y SIMBOLO.- 4.- Perpendicularidad

224

ESPECIFICACION.- 0.05 indica la mayor distancia admisible entre cualquier punto de la superficie a verificar y el plano B. NOMBRE Y SIMBOLO.- 5.- Posición de ejes paralelos

ESPECIFICACIÓN. - El eje de cada agujero deberá permanecer en el interior de un cilindro de posición teórica ideal y con un diametro igual a la tolerancia de posición (0.05). El eje de un agujero no podrá desplazarse, m de 0.025 de la posición teórica de finida por las cotas correspondientes.

225

6.15 TOLERANCIA DE ALABEO

Para las superficies de revolución y en especial a piezas que funcionen girando alrededor de un eje, las tolerancias de forma y de posición anteriormente vistas, son ventajosamente reemplazadas por la tolerancia de alabeo. Esta forma de tolerancia da una idea m directa sobre los criterios de aptitud de empleo y de verificación entre puntos, siempre y cuando se le utilice correctamente, pues en ella están implícitas otras tolerancias. La tolerancia de alabeo representa la variación máxima admisible del desplazamiento, sea radial ó axial, del elemento por controlar alrededor del eje de referencia. Es necesario hacer notar que en el caso de una especificación de alabeo, el valor registrado es un valor global en el cual están incluidos los defectos de circularidad y coaxialidad para el alabeo radial y los defectos de planitud y perpendicularidad par el alabeo axial. Ver figuras siguientes.

226

En el caso de una especificación de coaxialidad es necesario para determinar con exactitud el defecto real; se aíslen al máximo los defectos de circularidad (ovalización, poligonización, etc.) En el caso de una especificación de perpendicularidad es necesario para determinar con exactitud el defecto real, se aislé al máximo el defecto de planitud. La tolerancia de alabeo puede limitar los defectos de circularidad, coaxialidad, planitud y perpendicularidad a condición que la suma de ellos no la exceda.

227

DEFINICION Alabeo radial La zona de tolerancia está limitada en cada plano perpendicular al eje de referencia por dos círculos concéntricos centra dos sobre dicho eje donde la diferencia entre sus radios es de t. Ej. El alabeo radial no debe ser mayor a 0.l mm en cada plano de medición durante una vuelta completa alrededor del eje común de referencia de las superficies A y B

228

Alabeo axial La zona de tolerancia está limitada para cada punto de medición, por dos circunferencias a una distancia t una de la otra sobre el cilindro por controlar. Ej. El alabeo axial no debe ser mayor a 0.1 mm sobre cada cilindro por controlar durante una revolución completa alrededor del e de la superficie D.

6.16 RUGOSIDAD O ESTADO SUPEFICIAL

Para efectuar el estudio de la rugosidad, es necesario mencionar los diferentes tipos de tolerancias, los cuales son los siguientes:

229

1) Dimensionales. (Norma del agujero y del árbol Normal) TOLERANCIAS 2) De forma. (Rectitud, planicidad, concentridad). 3) De posición. (Paralelismo, perpendicularidad). 4) Rugosidad. Por ser de mayor importancia para el curso, se discute a continuación la rugosidad. La necesidad de algún método de medición del acabado - superficial para algunas operaciones de maquinado, proviene de las necesidades de tener superficies con grado de rugosidad controlado de modo de poder llegar a predecir, el comportamiento entre partes mecánicas sometidas a fricción, así como el hecho de obtener partes mecánicas de alta precisión ya sea que se utilicen como patrones o como constituyentes de maquinaria y equipos finos. 1) Comparadores viso táctiles METODO DE MEDCIÓN 2) Con microscopio 3) Con instrumento electrónico.

230

La unidad electrónica consiste de un trazador (portapalpador) que convierte los movimientos verticales de la punta del palpador en un pequeño voltaje variable que guarda cierta relación con la irregularidad de la superficie. El amplificador recibe el voltaje del trazador, lo amplifica y lo entrega directamente sobre el medidor en micropulgadas, o bien, lo utiliza para trazar una curva sobre un registrador. Las lecturas pueden ser dos: 1).- El promedio .aritmético C L A , A A 2).- El promedio de raíz cuadrática media ( R.M.S.) El valor promedio RCM es preferible ya que proporciona mayor influencia a las desviaciones grandes de la línea de referencia y es ligeramente mayor que el promedio aritmético. Ilustremos lo anterior con un ejemplo:

231

Según el promedio aritmético: a = 4 b = 19 c = 23 d = 16 e = 31 f. = 20

g = 27 RapuPa ⋅⋅== lg3.1813238 μ

h = 20 i = 21 j = 13 k = 23 l = 15

m = 2386

232

Según el promedio RCM. a2 = 16 h2 = 400 b2 = 361 i2 = 441 c2 = 529 j2 = 169 d2 = 256 k2 = 529 e2 = 961 l2 = 225 f2 = 400 m2 = 36 g2 =729 5052

.lg7.205052 pun

Prcm ⋅== μ (R.M.S.)

La siguiente tabla muestra los valores de rugosidades que se pueden obtener en los diferentes tipos de operación: μ m = 0.001 mm.

μ pulg. μ m

Torneado, cepillado, fresado.

125 - 250 3.175 – 6.35

Taladrado 250 6.35

Rimado 63 – 125 1.6002 – 3.175

Rectificado 16 – 63 0.4064 – 1.6002

Superacabado 1 - 8 0.0254 – 0.2032

233

ORIGEN DE LA RUGOSIDAD Y CALCULOS FUNDAMENTALES.

ASPEREZA SUPERFICIAL. Ra. La aspereza superficial obtenida en una operación de maquinado puede considerarse como la suma de dos efectos - independientes: 1). — Aspereza superficial ideal o teórica, que es un resultado de la geometría de la herramienta y del avance. 2). — Aspereza superficial natural, que depende de las irregularidades en la operación. ASPEREZA SUPERFICIAL IDEAL O TEORICA Esta representa el mejor acabado que se puede obtener de una forma de herramienta y avance y sólo puede conseguir se si se elimina el filo recrecido, la vibración, las imprecisiones en el movimiento de la máquina, etc. En la Fig.1 se ilustra este acabado para el torneado con herramienta de punta aguda. Para efecto del análisis y comparaciones cuantitativas es de utilidad expresar la rugosidad en términos de un solo índice o factor. El índice que comúnmente se usa es el promedio aritmético Ra y se encuentra de la manera siguiente: En la Fig., que muestra un corte de la superficie en consideración, se toma en cuenta primero una línea media que divide a la superficie de tal manera que la suma de las áreas bajo la línea sea la suma de las áreas sobre la línea.

234

fcdeAreaabcArea

Ra__ +

= f = avance

como As = Ai

4_2 maxR

fabcArea

Ra == ………………..(1)

Es importante notar que para una superficie que tenga irregularidades triangulares uniformes Ra es igual a ¼ de Rmax.

rectgrectgfR KK +

=max ………………(2)

Sustituyendo (2) en (1)

( )rectgrectgfRa KK +

=4

………………(3)

Las herramientas de corte están generalmente afiladas con la punta redondeada y la figura 2 muestra la superficie producida por una herramienta de este tipo en condiciones ideales. La obtención de una ecuación teórica que nos dé Ra para esté tipo de superficie es mucho más difícil que para el caso anterior, pero puede mostrarse que la siguiente expresión es bastante aproximada.

erfRa

20321.0= ………………..(4)

re = radio de punta

235

ASPEREZA SUPERFICIAL NATURAL

Los factores que contribuyen a la aspereza natural son: 1)- presencia de vibraciones en la máquina herramienta 2)- Imprecisiones en los movimientos de la máquina, por ejemplo, el carro longitudinal del torno. 3)- Irregularidades en el mecanismo del avance 4)- Defectos en la estructura del mecanismo de avance 5)- Formación discontinua de viruta 6)- Ruptura del material dé trabajo 7)- Daños superficiales causados por el flujo de la viruta, etc. En la práctica, generalmente no es posible obtener condiciones exclusivamente de aspereza superficial ideal y normalmente la aspereza superficial natural contribuye en gran parte a la aspereza real. Uno de los principales causantes es el filo recrecido. Este puede crecer y romperse continuamente introduciendo las partículas fracturadas en la viruta o en la nueva superficie de la pieza. Puede esperarse que a mayor filo recrecido, mayor aspereza en la superficie producida y que los factores tendientes a reducir la fricción herramienta-viruta y eliminar o reducir el filo recrecido mejorarán el acabado superficial. Tales factores serían un incremento en la velocidad de corte, un cambio de herramienta, de acero rápido por carburo, la introducción de materiales de corte libre (aceros sulfura dos o con plomo) la aplicación de lubricante correcto a velocidades de corte bajas. La discusión anterior se ha limitado a la aspereza natural producida por la herramienta monofilo. Cuando se consideran las herramientas multifilo ha de tenerse en cuenta que debido a ligeras imprecisiones en la construcción de las mis mas o a las imprecisiones del movimiento principal de la máquina herramienta, un diente es el

236

que desempeña un papel predominante en la generación de la superficie maquinada. Así en el fresado circular o tangencial la aspereza superficial obtenida bajo condiciones ideales puede calcularse suponiendo que la herramienta tiene un solo diente. De la ecuación 4

2064.0⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

nV

dRa a

d = diámetro de la herramienta 6.17 GRADOS I S O DE RUGOSIDAD Y OTRAS ESPECIFICACIONES

COMPARATIVAS. Antes de tratar la medición de la rugosidad, es importante tener en cuenta que pueden ocurrir otras clases de imperfecciones. Estas son llamadas fallas superficiales y ondulaciones. Las primeras son irregularidades bastante separadas que se presentan al azar en la superficie tales como grietas y raya duras. Las ondulaciones son una forma de imperfección regular - donde la longitud de onda es mayor que un valor especificado (1 mm). Las rugosidades son irregularidades mas finas que las ondulaciones y van superpuestas sobre astas. Pueden usarse instrumentos para obtener un trazado aumentando de las irregularidades superficiales (perfilómetros). Este trazado se conoce como perfil superficial. Estos instrumentos operan por la amplificación del movimiento vertical de un palpador que se desliza a través de la superficie, pueden producir además del registro una tira de papel con una lectura directa de Ra.

237

Esta se obtiene con un rectificador de onda completa y un circuito suavizador conectado a un galvanómetro y la ondulación es eliminada automáticamente por un dispositivo ruptor de frecuencia. La ISO recomienda una serie de valores de rugosidad y sus correspondientes grados pata ser usados cuando se especifiquen acabados superficiales en los dibujos.

Grado de rugosidad μ m μ pulg.

N1

N2

N3 N4

N5

N6 N7

N8

N9

0.0254 0.0508 0.1016 0.2032 0.4064 0.8182 1.6002 3.175 6.35

1 2 4 8 16 32 63 125 250

238

FIG.1.-Modelo idealizado del acabado superficial para una herramienta con punta aguda, donde Kre = ángulo del filo principal, '

erK = ángulo efectivo del secundario, y

f: avance; (a) superficie producida; (b) corte a través de las irregularidades superficiales.

239

Fig. 2 Modelo idealizado de acabado superficial para una herramienta con punta redondeada donde re es el radio de la punta.

240

BIBLIOGRAFIA

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MAQUINAS HERRAMIENTAS EDITORIAL GUSTAVO GILI - 1990

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6ª. REIMPRESION

• PRINCIPIOS FUNDAMENTALES PARA EL DISEÑO DE HERRAMIENTAS PREPARADO BAJO LOS AUSPICIOS DEL SUB-COMITÉ PARA LIBROS DE TEXTO Y DEL COMITÉ DE PUBLICACIONES TECNICAS DE LA SOCIEDAD AMERICANA DE INGENIEROS INDUSTRIALES Y HERRAMENTISTAS. EDITOR EN JEFE: FRANK W. WILSON, A. S. T. M. E. EDITADO POR: COMPAÑÍA EDITORIAL CONTINENTAL, S. A. 4ª. IMPRESIÓN - 1996

ipn manufactura 2

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