procesos de maquinado y máquina herramienta

7/25/2019 Procesos de Maquinado y Mquina Herramienta

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OCESOS DE MANUFATURA-Procesos deaquinado y mquina herramienta

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bor Israel de la Cruz M.

Israel de la Cruz M.

PROCESOS DE MANUFATURAProcesos de maquinado y mquina herramienta

Introduccin

Fundamentosde formado de

maquinado

Operaciones demaquinado y

mquinasherramienta

Maquinadoavanzado o no

tradicional


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Fundamentos demaquinado

Elformado de metalesincluye varios procesos de manufactura en los cualesse usa la deformacin plstica para cambiar la forma de las piezas metlicas.

Fundamentos de maquinado

El maquinadoes un trmino general quedescribe un grupo de procesos cuyopropsito es laremocinde material y lamodificacin de las superficies de unapieza de trabajo, despus de haber sidoproducida por diversos mtodos. Por

ende, el maquinado comprendeoperacionessecundariasy deacabado.


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Fundamentos de maquinado

Debido a sus caractersticas, el maquinado se realiza generalmentedespus de otros procesos de manufactura, como fundicin o

deformacin volumtrica (por ejemplo, forjado y estirado de barras).Otros procesos crean la forma general de la pieza y el maquinadoproduce la forma final, las dimensiones y el acabado.

Fundamentosde maquinado


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Importancia de las operaciones de maquinado

Amplia gama de materiales de trabajo.Prcticamente todos los metales slidos sepueden maquinar. Los plsticos y los compuestos plsticos se pueden cortartambin por maquinado. Las cermicas presentan dificultades debido a su altadureza y fragilidad; sin embargo, la mayora de las cermicas se pueden cortarexitosamente mediante procesos de maquinado abrasivo.

Variedad de formas y caractersticas geomtricas. El maquinado se puede usarpara generar cualquier forma geomtrica regular, como superficies planas,agujeros redondos y cilindros. Mediante la introduccin de variaciones en lastrayectorias y formas de las herramientas, se puede crear formas geomtricasirregulares, como cuerdas de tornillos y ranuras T. Combinando varias operacionesde maquinado en secuencia, se puede producir formas de complejidad y variedadilimitada.

Importancia de las operaciones de maquinado

Precisin dimensional. El maquinado puede producir dimensiones con tolerancias muyestrechas de menos de 0.025 mm (0.001 in). Es ms preciso que muchos otros procesos.

Acabados superficiales de calidad.El maquinado es capaz de crear acabados superficialesmuy tersos que pueden legar a ser mejores que 0.4 micras (16 -in). Algunos procesosabrasivos pueden lograr mejores acabados an.


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Desventajas de maquinado

Los procesos de remocin de material tienen las siguientes desventajas:

Desperdician material(aunque la cantidad puede ser relativamente pequea).

Generalmente, los procesos requieren ms tiempo que el necesario para darforma mediante otros procesos.

Por lo comn requierenms energapara realizar las operaciones de formado ymoldeado.

Pueden tenerefectos adversosen la calidad de la superficie y en las propiedadesdel producto.

Tipos de maquinado


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Tipos de maquinado

Factores que influyen en las operaciones de maquinado


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Factores que influyen en las operaciones de maquinado

Variables independientesesenciales en el proceso de corte:

(a) material y recubrimientos de la herramienta;

(b) forma, acabado superficial y filo de la herramienta;(c) material y condiciones de la pieza de trabajo;

(d)avance, velocidad y profundidad de corte;

(e) fluidos de corte;

(f) caractersticas de la mquina herramienta, y

(g) sujeciones y soportes de la pieza de trabajo.

Factores que influyen en las operaciones de maquinadoVariables dependientesesenciales en el proceso de corte:

(a) tipo de viruta producida,

(b) fuerza y energa disipada durante el corte,

(c) elevacin de la temperatura en la pieza de trabajo, la herramienta y la viruta,

(d)desgaste y falla de la herramienta, y

(e) acabado superficial e integridad de la superficie de la pieza de trabajo.


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Herramienta de corte

Una herramienta de corte tiene uno o ms filos cortantes y est hecha de unmaterial que es ms duro que el material de trabajo. El filo cortante sirve para

separar una viruta del material de trabajo.La cara inclinada que dirige el flujo de la viruta resultante se orienta en ciertongulo, llamadongulo de inclinacin a. El ngulo se mide respecto a un planoperpendicular a la superficie de trabajo. El flanco de la herramienta provee un claroentre la herramienta y la superficie del trabajo recin generada; de esta formaprotege a la superficie de la abrasin que pudiera degradar el acabado. Estasuperficie del flanco o de incidencia se orienta en un ngulo llamado ngulo deincidencia o de relieve.

Herramienta de corteUna herramienta de una sola punta tiene un filo cortante y se usa para operacionescomo el torneado.

Las herramientas de mltiples filos cortantes tienen ms de un borde de corte ygeneralmente realizan su movimiento respecto a la pieza de trabajo medianterotacin. El taladrado y el fresado usan herramientas rotatorias de mltiples filoscortantes.


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Mecnica del corte

Para realizar una operacin de maquinado se requiere el movimiento relativo de la herramientay el trabajo. El movimiento primario se realiza a una cierta velocidad de corte v. Adems, laherramienta debe moverse lateralmente a travs del trabajo. ste es un movimiento muchoms lento, llamado el avance f. La dimensin restante del corte es la penetracin de laherramienta de corte dentro de la superficie original del trabajo, llamada profundidad de corted. Al conjunto de velocidad, avance y profundidad de corte se le llama condiciones de corte.

RMR = vfd

Donde:

RMR= tasa de remocin de material, mm3/s (in3/min);

v = velocidad de corte, m/s (ft/min), la cual debe convertirse a mm/s (in/min),

f = avance, mm (in); y

d = profundidad de corte, mm (in).

Mquinas herramientaEl trminomquina herramientase aplica a cualquier mquina accionada porfuerza motriz que realice operaciones de maquinado, incluso el esmerilado. Eltrmino se aplica tambin frecuentemente a mquinas que realizanoperaciones de formado de metal y prensado. Las mquinas herramientasusadas tradicionalmente para realizar el torneado, taladrado y fresado son lostornos, prensas taladradoras y mquinas fresadoras, respectivamente.

Las mquinas herramienta convencionales las maneja usualmente untrabajador, quien carga y descarga las piezas de trabajo, cambia lasherramientas de corte y establece las condiciones de corte. Muchas de lasmquinas herramienta modernas estn frecuentemente diseadas para realizar

sus procesos con un alto grado de automatizacin, conocido como controlnumrico por computadora


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Mecnica del corte

Mecnica del corte


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Formacin de viruta

Formacin de viruta

Deformacin cortante


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Tipos bsicos de viruta

Viruta discontinuaCuando se maquinan materiales relativamente frgiles (por ejemplo,hierro fundido) a bajas velocidades de corte, la viruta se forma frecuentemente en

segmentos separados (a veces los segmentos estn unidos sin cohesin). Esto tiende aimpartir una textura irregular a la superficie maquinada. Una alta friccin herramienta-viruta y los avances y profundidades grandes de corte promueven la formacin de estetipo de viruta.

Viruta continuaCuando se cortan materiales de trabajo dctiles a velocidades altas conavances y profundidades pequeos, se forman virutas largas y continuas. Cuando seforma este tipo de viruta se obtiene un buen acabado de la superficie. Un borde cortantebien afilado en la herramienta y una baja friccin herramienta-viruta propician laformacin de virutas continuas. Virutas continuas y largas (como en el torneado) puedengenerar problemas respecto al desecho de viruta o enredarse alrededor de laherramienta. Para solucionar estos problemas, las herramientas de torneado a menudoestn equipadas con separadores de viruta.

Tipos bsicos de virutaViruta continua con acumulacin en el borde. Cuando se maquinan materiales dctiles avelocidades bajas o medias de corte, la friccin entre la herramienta y la viruta tiende a causarla adhesin de porciones de material de trabajo en la cara inclinada de la herramienta cercadel filo cortante. Esta formacin se llama acumulacin en el borde (BUE). La formacin de BUEes de naturaleza cclica; se forma y crece, luego se vuelve inestable y se rompe. Gran parte dela acumulacin de BUE se la lleva la viruta, a veces llevndose porciones de la cara inclinada dela herramienta con ella, lo cual reduce el tiempo de vida til de la herramienta de corte. Sinembargo, algunas porciones del BUE pueden incorporarse a la superficie de trabajo recinformada, ocasionando que la superficie se vuelva rugosa.

Viruta dentada(el trmino corte localizado se utiliza tambin para este cuarto tipo de viruta).Estas virutas son semicontinuas en el sentido de que poseen una apariencia de diente de sierraque se produce por una formacin cclica de viruta de alta resistencia alternativa al corteseguida de una baja resistencia al corte. Este cuarto tipo de viruta est asociado mscercanamente con ciertos metales difciles de maquinar, tales como las aleaciones de titanio,superaleaciones a base de nquel y aceros inoxidables austnicos cuando se maquinan avelocidad de corte elevadas. Sin embargo, dicho fenmeno tambin sucede en metales detrabajo comunes (por ejemplo, aceros) cuando stos se cortan a altas velocidades


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Relaciones de fuerza

Lafuerza de friccin Fes la que resiste el flujo de la viruta a lo largo de la cara inclinadade la herramienta. La fuerza normal a la friccin, N, es perpendicular a la fuerza defriccin. Estos dos componentes se pueden utilizar para definir el coeficiente de friccinmentre la herramienta y la viruta:

La fuerza cortante Fses la fuerza que causa la deformacin de corte que ocurre en elplano de corte, y la fuerza normal a la cortante, Fnes normal a la fuerza cortante. Conbase en la fuerza cortante se puede definir el esfuerzo cortante que acta a lo largo delplano de corte entre el trabajo y la viruta:

As= rea del plano de corte

La suma vectorial de las dos fuerzas componentes Fs y Fn da por resultado la fuerza

resultante R.


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Lafuerza de corte Fcque va en la direccin del corte, la misma direccin de lavelocidad de cortev, y la fuerza de empujeFt, es perpendicular a la fuerza decorte y est asociada con el espesor de la viruta antes del corte,to.

Si la fuerza de corte y la fuerza de empuje son conocidas, se puede usar estascuatro ecuaciones para calcular estimaciones de la fuerza cortante, la fuerza defriccin y la fuerza normal a la de friccin, y con base en estos estimados sepuede determinar el esfuerzo cortante y el coeficiente de friccin.


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La ecuacin de Merchant

Eugene Merchantdedujo una relacin importante en el corte de metal. La deduccinexpresa el esfuerzo cortante mediante la siguiente relacin:

El valor real de la ecuacin radica en que define la relacin general entre el ngulo de inclinacin, lafriccin herramienta-viruta y el ngulo del plano de corte. El ngulo del plano de corte puedeincrementarse 1) aumentando el ngulo de inclinacin y 2) disminuyendo el ngulo de friccin (ocoeficiente de friccin) entre la herramienta y la viruta. El ngulo de inclinacin puede incrementarsediseando la herramienta adecuadamente y el ngulo de friccin puede reducirse utilizando un fluidolubricante de corte.


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Potencia y energa en el maquinado

El producto de la fuerza cortante y la velocidad dan la potencia(energa por unidad de tiempo) requerida para ejecutar la operacin

de maquinado:

Pc= Fcv

Donde:

Pc = potencia de corte, N-m/s o W (ft-lb/min);

Fc= fuerza de corte, N (lb); y

v= velocidad de corte, m/s (ft/min).

HPc=Fcv/33000

donde,HPc= potencia de corte en caballos de fuerza, hp

Potencia y energa en el maquinadoLa potencia bruta requerida para operar la mquina herramienta es msgrande que la potencia usada en el proceso de corte, debido a las prdidasmecnicas en el motor y la transmisin de la mquina. Estas prdidas sepueden contabilizar por la eficiencia mecnica de la mquina herramienta.

Muchas veces es til convertir la potencia en potencia por unidad de volumende corte del metal. A sta se le llama potencia unitaria, Pu (o caballos de

fuerza unitarios,HPu), la potencia unitaria tambin se conoce como la energa

especfica, U, y se definen como:

Donde:

RMR= tasa de remocin del material, mm3/s (in3/min). La tasa de remocinde material se puede calcular como el producto de vtow. Las unidades para laenerga especfica son tpicamente N-m/mm3 (in-lb/in3).


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Potencia y energa en el maquinado

Temperatura de corte

Casi toda la energa que se consume en el maquinado (aproximadamente 98%) esconvertida en calor. Este calor puede hacer que las temperaturas sean muy altas en lainterfaz herramienta-viruta; arriba de los 600C (1100F) es muy comn. La energarestante (alrededor de 2%) se retiene como energa elstica en la viruta.

Las temperaturas de corte son importantes debido a que las elevadas temperaturas

1) reducen la vida til de la herramienta,

2) generan viruta caliente que representa grandes riesgos para el operador y

3) pueden producir imprecisiones en las dimensiones de la pieza de trabajo debidas a

la expansin trmica del material de trabajo.


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Operaciones de

maquinado y

mquinas herramienta

El maquinado es el ms verstil y preciso de todos los procesos de manufactura por su capacidadde producir una diversidad de piezas y caractersticas geomtricas (por ejemplo, roscas detornillos, dientes de engrane, superficies lisas). La fundicin tambin puede producir unavariedad de formas, pero carece de la precisin y exactitud del maquinado.

Operaciones de maquinado


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Torneado y operaciones afines



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Taladrado y operaciones afines


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Fresado y fresadoras



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Mquinas CNC

Los avances actuales en cuanto a la tecnologa de las mquinas herramienta han llevado alcentro de torneado y fresado un paso adelante, al integrar las facilidades adicionales en

una sola mquina. Dichas capacidades incluyen: 1) la combinacin de fresado, taladrado ytorneado con las operaciones de esmerilado, soldado e inspeccin, todas ellas en una solamquina herramienta; 2) el uso simultneo de mltiples husillos, tanto en una sola pieza detrabajo o en dos diferentes; y 3) la automatizacin de la funcin de manejo de piezas alincorporar robots industriales a las mquinas.

Ventajas fundamentales

Reduccin de tiempos de ciclos operacionales.

Ahorro en los costos de preparacin.

Mejora de calidad de los lotes.

Ahorro en movimiento de materiales.

Posibilidad de hacer formas complicadas.Flexibilidad en la produccin.

Ahorro de espacio.

Generalmente la evacuacin de la viruta se realiza de forma mecanizada.

Mquinas CNC


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Mquinas CNC

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Maquinado avanzado

Maquinado avanzado

Existen situaciones en las que los medios mecnicos no son satisfactorios, econmicoso incluso posibles, por las siguientes razones:

La resistencia y durezadel material de la pieza de trabajo son muy elevadas, por locomn, superiores a 400 HB.

El material de la pieza de trabajo es muy frgilpara maquinarlo sin daar la pieza.Por lo comn, ste es el caso de aleaciones con severos tratamientos trmicos, vidrios,cermicos y partes de metalurgia de polvos.

La pieza de trabajo es muy flexible o muy esbelta para soportar las fuerzas del

maquinado o rectificado, o resulta difcil sujetar las partes en dispositivos de soporte ysujecin.

La forma de la parte es compleja, incluyendo caractersticas como perfiles internos yexternos u orificios con relaciones elevadas de longitud a dimetro en materiales muyduros.

Existen requerimientos especiales de acabado superficial y toleranciasdimensionales que no pueden obtenerse por medio de otros procesos de manufacturao que no son econmicos mediante procesos alternos.


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Maquinado avanzado

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Maquinado avanzado

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Maquinado avanzado

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Maquinado avanzado

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