Ejercicios y Problemas - Tornos

TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN Y TECNOLOGÍA DE MÁQUINAS

INGENIERÍA INDUSTRIAL

TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN

INGENIERÍA DE ORGANIZACIÓN INDUSTRIAL INGENIERÍA DE MATERIALES

PROBLEMAS DE MECANIZADO

Curso 2012-2013

Departamento de Ingeniería Mecánica Ingeniaritza Mekanikoa Saila

i

Índice

Capítulo I: Torneado PROBLEMA 1 .......................................................................................................................................... 3 PROBLEMA 2 .......................................................................................................................................... 4 PROBLEMA 3 .......................................................................................................................................... 5 PROBLEMA 4 .......................................................................................................................................... 6 PROBLEMA 5 .......................................................................................................................................... 8 PROBLEMA 6 .......................................................................................................................................... 9 PROBLEMA 7 ........................................................................................................................................ 11 PROBLEMA 8 ........................................................................................................................................ 12

Capítulo II: Fresado PROBLEMA 1 ........................................................................................................................................ 15 PROBLEMA 2 ........................................................................................................................................ 16 PROBLEMA 3 ........................................................................................................................................ 18 PROBLEMA 4 ........................................................................................................................................ 20 PROBLEMA 5 ........................................................................................................................................ 22 PROBLEMA 6 ........................................................................................................................................ 24 PROBLEMA 7 ........................................................................................................................................ 27 PROBLEMA 8 ........................................................................................................................................ 29

Capítulo III: Taladrado PROBLEMA 1 ........................................................................................................................................ 33 PROBLEMA 2 ........................................................................................................................................ 34 PROBLEMA 3 ........................................................................................................................................ 35 PROBLEMA 4 ........................................................................................................................................ 36 PROBLEMA 5 ........................................................................................................................................ 39 PROBLEMA 6 ........................................................................................................................................ 40 PROBLEMA 7 ........................................................................................................................................ 41

Capítulo VI: Combinados PROBLEMA 1 ........................................................................................................................................ 45 PROBLEMA 2 ........................................................................................................................................ 47 PROBLEMA 3 ........................................................................................................................................ 49 PROBLEMA 4 ........................................................................................................................................ 51 PROBLEMA 5 ........................................................................................................................................ 53 PROBLEMA 6 ........................................................................................................................................ 55 PROBLEMA 7 ........................................................................................................................................ 57

Problemas de Mecanizado 1

CAPÍTULO I

TORNEADO

2 Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas


PROBLEMA 1 En una operación de cilindrado se tienen los siguientes datos:

- Energía específica de corte del material de la pieza, 1500 N/mm2. - Diámetro de la pieza, 100 mm.

- Profundidad de pasada, 3 mm.

- Velocidad de corte recomendada, 80 m/min.

- Radio de punta de la herramienta, 0,4 mm.

Se pide:

1. Calcular el avance máximo de modo que se cumplan las siguientes restricciones:

- La fuerza de corte máxima, por riesgo de rotura frágil, es de 1500 N.

- La potencia nominal del torno es de 5 kW y su rendimiento, del 75 %.

- La rugosidad media será como máximo de 20 m.

2. Con el avance calculado, determinar:

- El tiempo de mecanizado y el caudal de viruta suponiendo que la longitud a cilin-

drar es de 100 mm y que la distancia de aproximación de la herramienta será de 5 mm.


PROBLEMA 2 Para ciertas operaciones de refrentado en torno, realizadas a velocidad de corte constante, se dis-pone de los siguientes datos y restricciones:

- Gama continua de velocidades del cabezal, de 0 a 3000 rpm.

- Herramienta: Plaquitas rómbicas de lado 24 mm y de radio de punta de 0,8 mm.

- Portaplaquitas con ángulo de posición del filo principal de 105°.

- Distancia de aproximación de la herramienta: 3 mm (el refrentado se llevará a ca-

bo desde la periferia hacia el centro).

- Fuerza de corte máxima por riesgo de vibraciones: 15000 N.

- Espesor de corte máximo: 80% del radio de punta de la herramienta.

- Anchura de corte máxima: 60% de la longitud del filo.

- Energía específica de corte del material a mecanizar: 2000 N/mm2.

- Velocidad de corte recomendada: 90 m/min.

Se pide:

1. Calcular los valores máximos de la profundidad de pasada y del avance. 2. Si se desea realizar un refrentado completo de una pieza de 300 mm de diámetro, con una

profundidad de pasada de 10 mm, ¿cuál sería el mínimo tiempo de mecanizado?.


PROBLEMA 3 Se desea cilindrar una serie de piezas desde un diámetro inicial 50mm hasta un diámetro final 20mm, según la Figura 1. La operación se llevará a cabo en un torno con gama continua de velocida-des de rotación, potencia nominal de 9kW y un rendimiento η=0,85.

Figura 1

La energía específica de corte del material de pieza viene dada por la expresión.

39,01568 cs ap

con ac en mm y ps en N/mm2. Se pide:

1. Representar esquemáticamente el modo de amarre de la pieza en el torno, de manera que se

asegure la máxima rigidez a flexión de la pieza durante el mecanizado. Identificar sobre el esquema los elementos que se utilizan para el amarre.

2. La operación de cilindrado se lleva a cabo en 3 pasadas de igual profundidad, manteniendo

en todas ellas el mismo avance y una velocidad de corte de 205m/min. La herramienta puede trabajar en un rango de avances entre 0,05 y 0,2mm/rev. Teniendo en cuenta las característi-cas de la máquina y del material de pieza, calcular el avance que hace mínimo el tiempo de mecanizado.

3. De acuerdo con la información facilitada por el fabricante de la herramienta, se sabe que

cuando se utiliza una velocidad de corte de 180m/min la vida esperada de la herramienta es de 30min, mientras que a 225m/min la vida es de 10min. ¿Cuál será la vida esperada de la herramienta bajo las condiciones de corte del apartado 2? Razona la respuesta.

4. Utilizando una velocidad de corte de 180m/min, a la que corresponde una vida esperada de

herramienta de 30minutos, y manteniendo el resto de parámetros de operación en los valores utilizados en el apartado 2, ¿Cuántas piezas podrían realizarse antes del cambio de herra-mienta? Razona la respuesta.

5. Tras la última pasada, la rugosidad resultante en la superficie de la pieza es Ra=5m. ¿Sobre

qué variables se podría actuar y en qué sentido (aumentar o disminuir)) si nuestro cliente exi-giese reducir dicha rugosidad? Razona la respuesta.

30º

100mm Lp = 300mm

Diámetro inicial 50mm

Diámetro final 20mm


PROBLEMA 4 Se desea realizar una operación de cilindrado exterior en un redondo de acero templado, cuya energía específica de corte es de 2.550 N/mm2. Para realizar la operación se ha seleccionado el por-ta-plaquitas junto con la plaquita que se muestra en la figura 1. En la tabla 1 se muestran las veloci-dades de corte a utilizar para la plaquita dada en función de la profundidad de pasada de la operación y el avance. El diámetro de partida del redondo es de 210mm y el resultado de la operación debe disminuir este diámetro hasta 190mm. Se tomará como valor de la distancia de aproximación 5mm.

Se dispone en el taller de dos tipos de tornos, ambos con un rendimiento del 85%:

Velocidad Máxima (rpm) Potencia Máxima (kW)

Torno TIPO A 2500 12

Torno TIPO B 1600 23

Se pide:

1. Con los datos dados, calcular el tiempo de la operación de mecanizado que se obtendría rea-lizando el mínimo número de pasadas y minimizando el tiempo por pasada.

2. Seleccionar, razonando la respuesta, el tipo de torno en el que se realizaría la operación.

3. Obtener el anchura de viruta y el espesor de viruta utilizados para la operación definida.

Figura 1

f (mm/rev)

ap (mm) 0.2 0.4

1,00 373 264 1,80 339 240

2,60 309 218 3,40 281 198 4,20 255 180 5,00 230 162

Tabla 1: Velocidades de corte en m/min

Datos del porta-plaquitas r=75º Anchura de viruta máxi-ma=12mm

l=16mm r=1,2mm

Lm=350 mm

Dinicial=210 mm

=5 mm

Velocidades de corte en m/min


4. En la figura 2 se presenta la proyección sobre el plano de referencia Pr de una operación de cilindrado exterior. Representar la sección A-A y localizar sobre ésta el desgaste de flanco. Indicar el parámetro que se utiliza para medirlo y dibujar también la evolución a lo largo del tiempo de este desgaste.

Figura 2

5. En caso de que se desee aumentar la vida de la herramienta indicar, razonando la respuesta, que acción se debería tomar.

A

A


PROBLEMA 5 Se desea mecanizar una tirada de 250.000 ejes como el que se muestra en la Figura1. Se parte de barra de diámetro inicial 25mm, que se desea cilindrar hasta un diámetro final de 15mm. Las condiciones de corte óptimas para la herramienta elegida para la operación vienen dadas por la siguiente tabla, en la que aparece la velocidad de corte en m/min para cada combinación posible de avance y profundidad de pasada.

f (mm/rev)

ap (mm) 0.15 0.35

1.00 373 264 2.60 309 218 3.40 281 198 4.20 255 180 5.00 240 170

La ecuación de Taylor para la herramienta elegida viene dada por la siguiente expresión:

3302,0 TVc

Debido al elevado número de piezas que hay que realizar, deberán elegirse las condiciones de corte que aseguran un tiempo mínimo de mecanizado. Se pide:

1. Calcular el radio de punta que debe tener la herramienta para obtener una rugosidad teó-rica Ra=3,5μm.

2. Representar la geometría de la herramienta con la que se llevará a cabo la operación, acotando el ángulo de posición del filo principal y el radio de punta de la misma.

3. Calcular el tiempo de mecanizado por pieza. 4. Calcular cada cuántas piezas deberá cambiarse la herramienta. 5. Explicar detalladamente qué cálculos habría que realizar y qué datos no presentes en el

enunciado serían necesarios para determinar la potencia del torno en el que podrá reali-zarse la operación.

60º

100mm Lp = 50mm

Diámetro inicial 25mm

Diámetro final 15mm

Figura 1


PROBLEMA 6 Se desea refrentar hasta el centro un redondo de 200 mm de diámetro (ver Figura 1) para quitarle la cascarilla procedente de la laminación. Para ello, se empleará un torno CNC con gama continua de velocidades de husillo principal (el del cabezal) comprendida entre 0 y 2000rpm y con gama continua de velocidades de carros X, Z, comprendidas entre 0 y 10 m/min. La potencia máxima del torno es de 50kW, siendo su rendimiento del 80%. Se recomienda trabajar con velocidad de corte constante de 125 m/min (recomendaciones del fabricante de la herramienta). El material de pieza es acero y tiene una energía específica de corte de 2200 N/mm2. La rugosidad Ra de la pieza debe ser como máximo de 7 μm. La distancia de aproximación es de 2mm. La herramienta debe ser seleccionada entre las que se muestran en la Figura 2 y se debe considerar un aprovechamiento máximo.

Figura 1. Geometría de pieza a refrentar.

Se pide:

1) Seleccionar, de forma razonada, la herramienta a emplear entre las opciones dadas para una máxima productividad.

2) Calcular el tiempo de refrentado, sabiendo que éste debe ser el mínimo que permitan las res-tricciones.

3) Dibujar las gráficas de N, VX, VC, PC en función del diámetro de la pieza para el torno CNC.

400

390

2

00


Figura 2.Relación de herramientas disponibles para la operación de cilindrado.

Doble cara

Doble cara

Doble cara

r=0,8 mm

r=1,6 mm

r=1,6 mm

r=1,6 mm


PROBLEMA 7

En un torno se realizarán operaciones de cilindrado y refrentado con una misma herramienta. La herramienta y su plaquita se muestran en la figura siguiente. La herramienta está amarrada en la torreta portaherramientas con su mango paralelo al eje X del torno.

Las características y restricciones que deben tenerse en cuenta a la hora de definir las operaciones son las siguientes:

- El torno tiene una potencia nominal de 125 Kw y un rendimiento del 80%.

- La energía específica de corte del material de la pieza es de 2100 N/mm2.

- En todas las operaciones la profundidad de pasada será la máxima que admita la herra-mienta.

- Para una buena formación y flujo de la viruta, se recomienda que el espesor de la viruta sea igual o inferior a 2/3 del radio de punta y que la longitud máxima de filo comprometida en el corte (que en este caso coincide con el ancho de viruta) sea igual o inferior, también, a 2/3 de la longitud de la arista de corte.

- Por las características de los materiales de pieza y herramienta, la velocidad de corte estará limitada entre 370 y 530 m/min.

- Las operaciones a realizar son de gran desbaste, sin embargo, la rugosidad media teórica está limitada a un máximo de 13 m, por motivos especiales.

- Finalmente, por razones de productividad la vida de la herramienta debe ser cercana a 15 min. Las constantes de la ecuación de Taylor para el caso presente son n=0,23 y K=900.

Se pide:

1) Representar, en dos dimensiones y sobre el plano del movimiento de avance (o plano de re-ferencia), ambas operaciones, en un instante intermedio de su ejecución. Para las dos opera-ciones, representar el vector velocidad de avance y acotar el ángulo de posición del filo prin-cipal, con su valor concreto.

2) Calcular el avance máximo posible en cada una de las operaciones.

Nota: Recordar que la rugosidad media teórica es Ra=(1/32)(f2/r).

70º95º

r 0,816


PROBLEMA 8 Se debe realizar un refrentado completo, en torno, de una pieza cuyo extremo a refrentar es cilíndrico y macizo, de 60 mm de diámetro. La profundidad de pasada será de 5 mm y el ángulo de posición del filo principal de la herramienta, de 45º.

El radio de punta de la herramienta es de 0,4 mm. La rugosidad media de la superficie resultante debe ser inferior o igual a 2 µm. El espesor de viruta no debe superar el 85% del radio de punta.

La fuerza de corte será igual o inferior a 1000 N. La energía específica de corte del material de la pieza se estima en 1500 N/mm2.

Para un buen comportamiento de la herramienta, la velocidad de corte puede oscilar entre 150 y 250 m/min.

El torno es de control numérico, con gama continua de velocidades. Su potencia nominal es de 15 Kw y el rendimiento, del 75%. La velocidad máxima de cabezal es de 6000 rpm.

Las constantes de la ecuación de Taylor para la vida de la herramienta, en las condiciones de esta operación, se estiman en: exponente, n = 0,125; velocidad de corte para vida de 1 min, 400 m/min.

Para esta operación, se programa una distancia de aproximación de la herramienta de 1 mm.

Por razones de productividad, interesa minimizar el tiempo de mecanizado.

Se pide:

1. Representar, con un dibujo conveniente en dos dimensiones, un instante intermedio de la operación, acotando las magnitudes anteriores.

2. ¿Cada cuántas piezas debe reemplazarse la herramienta?


CAPÍTULO II

FRESADO


PROBLEMA 1 Calcular el tiempo de mecanizado mínimo para realizar la operación de la Figura 1. Las superficies de la ranura deben quedar con un acabado superficial uniforme en toda su longitud. Tomar como distan-cias de aproximación y de salida el valor de 2 mm. Datos de la operación:

- Velocidad de corte: 94 m/min.

- Espesor de viruta máximo: 0,2 mm.

- Diámetro de la fresa: 50 mm.

- Número de dientes: 10.

Figura 2.1

Figura 1

5

200


PROBLEMA 2

En una pieza de acero de alta aleación, de dureza Brinell 200, se desea mecanizar la ranura de la figura 1, mediante una operación y herramienta análogas a las mostradas en la figura 2. La energía específica de corte del material de la pieza (ps) para operaciones de fresado, viene dada, en N/mm2, en función del ángulo de desprendimiento axial (a), en grados, y del espesor de viruta (ac), en mm, por la ecuación siguiente:

2700150902300 ,),,( cas ap

Para los cálculos suponer un valor para la distancia de aproximación y alejamiento de 2 mm. Se pide:

1. Nombrar el tipo de herramienta a utilizar y seleccionar, de la tabla incluida en la figura 2, el diámetro conveniente de la misma.

2. Nombrar los ángulos que aparecen en la figura 2.

3. En la figura 3, seleccionar, justificando la respuesta, las condiciones de corte que permitan

acabar la operación en el menor tiempo posible. Calcular este tiempo mínimo.

4. Calcular los valores máximo y mínimo del espesor de viruta para esta operación.

5. Calcular los valores de la fuerza de corte para tres posiciones angulares diferentes del diente en corte, indicando cada posición angular elegida.

6. En el caso de que se presentara desgaste de cráter, ¿en qué zona de la herramienta se pro-

duciría? ¿Qué variable es la más común para medir este tipo de desgaste? ¿Cuál es el me-canismo de desgaste más relacionado con la formación de cráter?

Figura 1

10

10

50


Figura 2

Figura 3

12º


PROBLEMA 3

Las figuras siguientes muestran una operación

de mecanizado, junto con alguno de sus

parámetros, expresados en las unidades

habituales.

El material de la pieza es fundición gris, de

dureza Brinell, 180. Su energía específica (o

fuerza específica) de corte, para el cálculo de la

potencia de corte, ps*, en las condiciones de

trabajo de esta operación, obedece a la

expresión empírica indicada más abajo.

En esta expresión, los valores kc y mc se

obtienen de una de las tablas incluidas al

dorso, y deben sustituirse directamente en la

citada expresión, obteniéndose la energía es-

pecífica en N/mm2. Por otra parte,

representa el espesor de viruta medio, en mm;

el cual puede obtenerse de la expresión

adjunta, en la que representa el arco de

contacto, en radianes.

La fresadora tiene una potencia nominal de 34 kW y un rendimiento del 85% en el conjunto de

sus tranmisiones al eje principal.

Deben respetarse las restricciones impuestas por la máquina y por la herramienta, y seguir

las recomendaciones del fabricante de ésta, que aparecen en las figuras y tablas siguientes.

Se pide, buscando un mecanizado en el menor

tiempo posible:

1. Elegir la herramienta a utilizar: diámetro, etc.

2. Elegir la geometría de la plaquita (rompevirutas) y su material (calidad), según los códigos mostrados en las

tablas. 3. Definir el avance por diente a emplear y

la velocidad de corte

ca

* mcs c cp k a

2 senz e r

cf a

aD

5

40 40

- Recomendación

sobre el diáme-

tro de la hta, D.

ae

1, 2 1,5 eD a

5

80


PROBLEMA 4

En la figura 1 aparece un eje sobre el que se quiere realizar una última operación de mecanizado. Esta operación corresponde al mecanizado de un chavetero (ranura) de 25mm de longitud para chaveta paralela en una zona del eje con diámetro 36mm. Las características geométricas del chavetero (b y t1) se pueden obtener de la tabla 3. La herramienta a emplear junto con algunos parámetros de corte recomendables aparecen en las tablas 1 y 2 respectivamente. El material a mecanizar es un acero inoxidable de dureza Brinell 200 y con una energía específica de 2000 N/mm2. A efectos de cálculo, tomar como distancias de aproximación y de salida el valor de 2 mm.

Se pide:

1. Indicar la herramienta a utilizar especificando tipo de herramienta, material, calidad y diá-metro.

2. Seleccionar, justificando la respuesta, las condiciones de corte que permitan acabar la operación en el menor tiempo posible. Calcular este tiempo mínimo.

3. Calcular los valores máximo y mínimo del espesor de viruta para esta operación.

4. Calcular el valor de la fuerza en la posición correspondiente al espesor de viruta máximo.

5. Indicar, justificando la respuesta, la máquina que se emplearía para mecanizar una serie media de este tipo de piezas.

Figura 1. Eje mecanizado a falta de la última operación.

Tabla 1

12º


DIMENSIONES CHAVETEROS Y CHAVETAS S/DIN 6885/1 - 6886 y 6887 STANDARD KEYWAYS S/DIN 6885/1 - 6886 and 6887

Medidas del chavetero en el cubo Chaveta paralela

S/DIN 6885/1 Chaveta de cuña

S/DIN 6886 y 6887

Medidas del chavetero en el eje para chavetas

paralelas y de cuña

Medidas de los ejes en el cubo

de la rueda Ø eje d

mm desde-hasta

Medidas chaveta

b x h mm

d + t2 m/m

Tol. admisible

(en altura)m/m

d + t2 m/m

Tol. admisible

(en altura)m/m

t1 m/m

Tol. admisible

(en altura)m/m

Ø m/m desde-hasta

Tol. H-7m/m

17-22 6x6 d+2,6 d+2,1 3,5

22-30 8x7 d+3,0 +0,1

d+2,4 +0,1

4,1 10-18

+0,0180

30-38 10x8 d+3,4 d+2,8 4,7

38-44 12x8 d+3,2 d+2,6 4,9 30-50

+0,0250

44-50 14x9 d+3,6 d+2,9 5,5

50-58 16x10 d+3,9 d+3,2 6,2 50-80

+0,0300

58-65 18x11 d+4,3 d+3,5 6,8

65-75 20x12 d+4,7

+0,2

d+3,9

+0,2

7,4

+0,2

80-120 +0,035

0

Tabla 2

Tabla 3

P

M

K

Chaveta paralela. S/DIN-6885-1 Chaveta de cuña. S/DIN-6886


PROBLEMA 5 Se dispone de un tocho de acero inoxidable austenítico de dimensiones 200x60x100 (unidades en mm). La energía específica de corte de este material viene dada por la expresión:

)/(1950 223,0 mmNap cs

siendo ac el espesor de viruta en mm. Sobre dicho tocho se necesitan realizar las siguientes operaciones (véase figura 1): - Un planeado, para reducir la altura del tocho de 100 a 95mm. - Un mecanizado en escuadra, con las dimensiones indicadas en la figura. Para llevar a cabo dichas operaciones se dispone de las herramientas mostradas en la tabla 1. Todas son de metal duro. Las calidades de metal duro disponibles son las mostradas en la tabla 2, donde se dan como dato las velocidades de corte recomendadas en función de los espesores máximos de viru-ta. Se recomienda que la profundidad de pasada radial para todas las herramientas no supere el 65% del diámetro de la misma. Además, la fuerza de corte máxima por diente no deberá superar los 3200N.

Figura 1 Se pide:

1. Seleccionar la herramienta a utilizar en cada operación (nombre, diámetro, nº de dientes) te-niendo en cuenta que hay que hacer las operaciones en el menor tiempo posible y con el me-nor número de pasadas.

2. Calcular los parámetros de mecanizado (fz y Vc) que hacen que cada una de las operaciones

se realice en el menor tiempo posible, indicando la calidad de la plaquita en cada caso.

3. Calcular la potencia requerida para realizar la operación de planeado. Utilizar para su cálculo la expresión de la potencia dada a continuación:

60

100

200

4,5

20

95


fepsc VaapP *

)/(sin2

20002000 2

21,021,0* mmN

D

kafap rez

cs

siendo: - el ángulo de contacto (rad) - D, diámetro de la herramienta (mm) - fz, avance por filo (mm) - ae, profundidad de pasada radial (mm) - r, ángulo de posición del filo principal (º)

Tabla 1

Tabla 2

Herramientas D (mm) z ap max(mm) Nmax(rpm)

50 4 6 1625

63 5 6 1440

80 6 6 1270

100 7 6 1130

50 4 15,4 7900

20 4 5 9200

Calidad 1 Calidad 2

a cmax(mm) 0,05 0,15 0,25 0,1 0,2 0,3

Vc (m/min) 235 190 150 200 160 130


PROBLEMA 6 Una cola de milano es una guía prismática hembra cuya sección transversal es un triángulo truncado. Este tipo de geometría se puede obtener mediante varios procesos de fabricación. En este caso, y aunque no sea la solución óptima, se va a mecanizar este perfil íntegramente, para lo que se emple-ará una fresadora vertical. El fresado de las guías en cola de milano se lleva a cabo sobre un tocho de acero cuya energía es-pecífica de corte del material se supone constante e igual a 800 N/mm2. Las dimensiones del tocho de partida son 50x50x100 (cotas en mm) y se mecanizará en dos partes:

1º Fresado preliminar de las guías con una fresa cilíndrica frontal (ranurado) 2º Fresado de la cola de milano.

Se considera que las distancias de aproximación y de salida son de 3mm.

Figura 1.a) 1er fresado (ranurado), b) 2º Fresado (cola de milano).

Se pide:

1. Elegir las herramientas que emplearías para el 1er fresado (ranurado) (Tabla 1) y el 2º fresado

(cola de milano) (Tabla 2 y Tabla 3) teniendo en cuenta que ambas serían sin recubrimiento.

Indica en cada caso:

Referencia

Material de herramienta

Ángulo de posición del filo principal

Diámetro D

Número de dientes

2. Seleccionar las condiciones de corte que den un tiempo de mecanizado mínimo (en el 2º fre-

sado se considerará Vc en el diámetro máximo de la herramienta). Calcular el tiempo de me-

canizado mínimo.

3. Calcular el espesor de viruta máximo en el 1er fresado (ranurado).

4. Calcular la fuerza máxima en el 1er fresado (ranurado).

6

15

50

50

a)

16

b)

60º


Tabla 1. Herramientas y condiciones de corte recomendadas para el 1er fresado.

Tabla 1. Herramientas y condiciones de corte recomendadas para el 1er fresado.

D Angº d l z 16 45 12 4 8 20 45 12 5 8 25 45 12 6,30 10 32 45 16 8 12 16 60 12 6,30 8 20 60 12 8 8 25 60 12 10 10 32 60 16 12,50 12

D Angº d l z 16 45 12 4 8 20 45 12 5 8 25 45 12 6,30 10 32 45 16 8 12 16 60 12 6,30 8 20 60 12 8 8 25 60 12 10 10 32 60 16 12,50 12

Tabla 2. Herramientas disponibles para el 2º fresado.

ap = 0,4 1 x D ae = 1 x D

Dmin = 6mm Dmax = 40mm

Vc m/minHSS D 6 D 8 D 10 D 12 D 15 D 20 D 25 D 32 D 4020-28 0,030 0,035 0,050 0,060 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100

AVANCES fz (mm/diente)

z=2

Vc m/minHSS D 6 D 8 D 10 D 12 D 15 D 20 D 25 D 32 D 4020-26 0,030 0,035 0,050 0,060 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100

AVANCES fz (mm/diente)

ap = 1,5 x D ae = 0,3 x D

Dmin = 6mm Dmax = 40mm

z=4


Tabla 3. Condiciones de corte recomendadas para el 2º fresado.

AVANCE fz (mm/diente)

8%


PROBLEMA 7 Se desea mecanizar una pieza de fundición gris cuyas dimensiones son 400x180x100 mm (longitud x anchura x altura).La energía específica de corte del material es ps=1225·ac

-0.25 (N/mm2). La geometría de la pieza final se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Plano de la pieza que se desea mecanizar Se desea realizar el mecanizado completo en una sola máquina, con el número mínimo de pasadas y en el menor tiempo posible. Para el mecanizado de la pieza se dispone de las herramientas mostra-das en el reverso de la hoja. Se presentan también 3 calidades diferentes de plaquitas, todas ellas para usar con avances por filo mínimos de 0,06mm y máximos de 0,16mm (para valores intermedios realizar la interpolación). La máquina en la que se va a realizar el mecanizado tiene limitada la veloci-dad de giro del husillo principal a 6.500 rpm. Por otro lado, se debe limitar la fuerza de corte máxima a 1.100 N. Se pide:

1. Enumerar la secuencia de operaciones a realizar y seleccionar las herramientas y calidades

más adecuadas de las disponibles. 2. Elegir las condiciones de corte necesarias para el mecanizado de la pieza en el menor núme-

ro de pasadas y el menor tiempo posible. 3. Suponiendo que el tocho inicial sufre un tratamiento térmico hasta alcanzar una dureza muy

elevada ¿Qué máquina y herramienta se necesitaría para llevar a cabo la operación? Justifi-car la respuesta.

4. Localizar mediante un dibujo la zona donde se suele dar el desgaste de flanco en las herra-mientas de corte e indicar cómo se mide. Dibujar la evolución típica del desgaste de flanco a lo largo del tiempo.

400

97

180

20 9

Herramienta 1 Herramienta 2

Herramienta 3

zz


MATERIAL PIEZA

CALIDADES HERRAMIENTAS

MK1500 MK 3000 H 15

fz (mm/z)

0,06 0,10 0,16 0,06 0,10 0,16 0,06 0,10 0,16

Vc (m/min)

Acero

- - - 475 420 370 - - -

Acero Inoxidable - - - 295 260 230 - - -

Fundición Gris 430 380 335 280 245 215 255 225 200

Aluminio - - - 1290 1145 1005 1185 1050 920

DATOS DE CORTE

Nota: para valores intermedios comprendidos entre el mínimo y máximo realizar la interpolación


PROBLEMA 8 Se desea realizar las operaciones de mecanizado pata obtener la pieza de la figura 1. Se parte de un tocho de acero al carbono de baja aleación laminado de 150x60x60 mm (Long. x Anchura x Altura). Para ello se dispone de las herramientas que se muestran en las figuras y tablas del Anexo: Herra-mientas disponibles.

Figura 1: Plano de la pieza

La energía específica de corte del material de la pieza es ps=2020·ac-0,25 (N/mm2). Con el fin de redu-

cir la flexión de la herramienta, la fuerza de corte por diente en ningún caso puede superar los 2.050

N. La energía específica promedio correspondiente a este material se obtiene a partir de los valores

kc=1.950 y mc=0.23 que deben sustituirse en la expresión indicada más abajo, obteniéndose la

energía específica en N/mm2. Por otra parte representa el espesor de viruta medio, en mm; el cual

puede obtenerse de la expresión adjunta, en la que representa el arco de contacto, en radianes.

· ;

Para realizar las operaciones de mecanizado, se deben respetar todas las condiciones y limitaciones de las herramientas.

1. Indicar las operaciones que deben realizarse y el orden en que deben realizarse, y seleccio-nar las herramientas adecuadas para realizar cada una de ellas con el menor número de pa-sadas.

2. Para cada operación, seleccionar la calidad de plaquita y calcular los parámetros de mecani-zado (velocidad de corte, avance) que permitan ejecutar las operaciones en el menor tiempo posible.

3. Se dispone en el taller de una fresadora de 50 KW de potencia nominal y un rendimiento del 85%. Comprueba numéricamente si esta máquina es capaz de realizar la operación de me-canizado planteada.

4. Se observa que tras realizar la misma operación de mecanizado sobre una serie de piezas, la anchura de la ranura progresivamente, pieza tras pieza, toma valores inferiores a 40 mm, hasta que se sale de tolerancias. ¿Qué efecto crees que puede ser el más influyente en este caso? ¿Qué parámetro se debería controlar? ¿Podrías dibujar la tendencia habitual de este parámetro a lo largo del tiempo?

150 mm 60 mm

40 mm

5 mm

50 mm

2 · · · sin ·


ANEXO – HERRAMIENTAS DISPONIBLES GEOMETRÍAS

CALIDADES

Calidad 1 (Metal Duro P)

Calidad 2 (Metal Duro P)

Calidad 3 (Metal Duro N)

a cmax(mm) 0,05 0,1 0,2 0,1 0,2 0,4 0,15 0,3 0,45

Vc (m/min) 185 165 135 175 145 95 950 750 700

Acero Acero Aluminio

Herramientas D (mm)

z ap max(mm

)

ae (mm) Nmax(rpm)

40 4 6

0,5∙D≤ae≤0,7∙D

1625

50 5 6 1440

80 6 6 1270

100 7 6 1130

40 4 6

ae≤D

7900

20 4 5 9200

25 2 12,5

0,5∙D≤ae≤D

4500

40 4 20 3500

60 4 30 2750

100 4 50 1950

Hta 1

Hta 2

Hta 3


CAPÍTULO III

TALADRADO


PROBLEMA 1 Se desea taladrar un agujero pasante de 10mm de diámetro y 20mm de longitud en un centro de mecanizado. Para ello se utiliza la herramienta de corte de la figura 1. La energía específica de corte del material de la pieza es de 2300 N/mm2. La velocidad de corte recomendada para esta operación es 75 m/min. Para evitar la rotura de la herramienta, se debe limitar el par de corte a un valor inferior a 12N·m. La potencia nominal de la máquina es de 3,5kW y su rendimiento del 75%.

Se pide:

1. Nombrar la herramienta de la Figura 1 e identificar las partes señaladas.

Figura 1

2. Calcular las condiciones de corte que permitan realizar el taladrado en un tiempo mínimo y calcular el tiempo correspondiente. Suponer que la distancia de aproximación y salida de la herramienta es de 2mm.

70º

1 2

3

4

5


PROBLEMA 2 Se desea taladrar un agujero ciego de 20 mm de diámetro y 30 mm de longitud útil en un centro de mecanizado. La energía específica de corte del material de la pieza es de 3000 N/mm2. El espesor de viruta máximo recomendado para dicho material es de 0,4 mm y la velocidad de corte debe situarse entre 40 y 70 m/min. Se usará una broca helicoidal de 118° de ángulo de punta. La fuerza de empuje no debe superar los 2500 N y su valor se estima en un 50% de la fuerza de corte. La potencia nomi-nal de la máquina es de 8 kW y su rendimiento, del 75%.

Se pide:

1. Calcular las condiciones de corte que permitan realizar el taladrado en un tiempo mínimo y el tiempo correspondiente. Suponer que la distancia de aproximación de la herramienta es de 2 mm.

2. Calcular el caudal de viruta.

3. Determinar el diámetro de la zona de talonamiento suponiendo que el ángulo de incidencia, en las proximidades del centro de la broca, y medido en el plano de trabajo (que contiene a los vectores velocidad de corte y velocidad de avance), es de 5.


PROBLEMA 3

Se desea realizar agujeros pasantes de 25 mm de diámetro en chapas de acero de 20 mm de espe-sor. Para ello, se emplearán brocas de 2 dientes con 120º de ángulo de punta. El acero de las chapas tiene una resistencia a la tracción de 100 kg/mm2. Las condiciones de corte se tomarán de la tabla adjunta, de forma que se obtenga un tiempo de mecanizado mínimo. El rendimiento de la máquina es del 85%.

La energía específica de corte es

[ac] = mm ; [ps] = N/mm2

Se pide:

1. Calcular la potencia necesaria para llevar a cabo la operación.

2. Calcular el tiempo de mecanizado suponiendo que la distancia de aproximación y salida de la herramienta es de 2mm.

3. Describir el fenómeno de talonamiento, indicando bajo qué circunstancias se produce y las consecuencias que tiene.

46.0

3106,1

c

sa

p


PROBLEMA 4 Se necesita mecanizar una serie de agujeros sobre una placa de dimensiones 200x100x40mm (ver Figura 1). El material de la placa es de fundición gris de dureza 260HBN. La energía específica de corte del material (N/mm2) viene dada por la siguiente expresión:

1,01200 cs ap (ac: mm)

La placa debe llevar mecanizados 32 agujeros con las siguientes características:

- 16 agujeros de diámetro 2mm y profundidad 8mm. - 16 agujeros pasantes de diámetro 10mm.

Las herramientas disponibles y los parámetros de corte recomendados por el fabricante se muestran en la Figura 2 y Tabla 1. Para obtener una evacuación óptima de la viruta en los agujeros de mayor profundidad, se deberán seleccionar herramientas con lubricación interna. La máquina en la que se van a realizar los agujeros tiene una potencia nominal de 4 kW con un ren-dimiento del 85% y la rotación máxima del husillo principal es de 10.000r.p.m. Se pide: 1. Elegir la máquina-herramienta más adecuada para realizar el trabajo definido y seleccionar las

herramientas adecuadas para realizar las operaciones indicadas. 2. Calcular el valor de los parámetros de mecanizado que hacen que el tiempo de mecanizado sea

mínimo. Es imprescindible comprobar que cumplen las restricciones impuestas. 3. Calcular los pares de corte para los parámetros obtenidos. 4. Explicar cuál es la función de un rompevirutas y qué parámetros limita.

5. Señalar utilizando un dibujo adecuado las zonas en las que se produce el desgaste de flanco y de crater. Indicar los parámetros que se utilizan para medir tales desgastes.

Figura 1

40

200

100

A A

Sección AA

70

8


Figura 2

Diámetro: 3,00-20,00 mm Profundidad máxima de agujero: 2-3 x Dc

herramienta 3

herramienta 4


herramienta 1

herramienta 2

herramienta 5

herramienta 6



Material Dureza Brinell

Diámetro de taladrado (mm) 0,30-1,40 1,50-2,90 3,00-6,00 6,01-10,00 10,01-14,00 14,01-20,00

Avance, f (mm/r) Acero de herramientas al carbono 210 0,004-0,02 0,03-0,07 0,10-0,25 0,15-0,34 0,20-0,40 0,22-0,45 Acero fundido no aleado 180 0,005-0,022 0,03-0,08 0,10-0,25 0,15-0,34 0,20-0,40 0,22-0,45 Acero de alta aleación 325 0,004-0,017 0,03-0,08 0,08-0,14 0,10-0,22 0,12-0,25 0,18-0,28 Fundición gris 260 0,0048-0,021 0,06-0,10 0,15-0,25 0,20-0,35 0,30-0,55 0,35-0,55 Fundición nodular 250 0,0032-0,014 0,06-0,10 0,15-0,30 0,20-0,40 0,30-0,60 0,35-0,60 Aleación de Aluminio 75 0,0072-

0,0315 0,06-0,10 0,15-0,25 0,20-0,40 0,30-0,50 0,40-0,60

Material Dureza Brinell

Diámetro de taladrado (mm) 0,30-1,40 1,50-2,90 3,00-20,0

Vc, (m/min) Acero de herramientas al carbono 210 10-42 65-80 70-120 Acero fundido no aleado 180 15-50 60-75 70-130 Acero de alta aleación 325 5-20 40-50 40-70 Fundición gris 260 10-42 60-80 100-140 Fundición nodular 250 8-34 50-65 90-130 Aleación de Aluminio 75 24-95 150-200 120-130

Tabla 1

Problemas de Mecanizado

39

PROBLEMA 5 Se desea fabricar un lote de piezas de acero templado y espesor 20mm como las que aparecen en la Figura 1. Estas piezas vienen fabricadas por laminación, pero sus requisitos geométricos implican el mecanizado posterior de ciertas zonas. En este problema se pide únicamente resolver el proceso de taladrado correspondiente a los 5 agujeros pasantes. Teniendo en cuenta los siguientes datos:

la longitud de aproximación =3mm y la de salida =2mm

el ángulo de la punta de la broca 118º y el de incidencia =4º

energía específica de corte del material 2700 N/mm2

potencia nominal de la máquina 3,5kW y rendimiento del 75%

Figura 1. Geometría de piezas a fabricar.

Tipo broca D

(mm) z

f (mm/rev) Vc

(m/min)

Broca de plaquitas 16 1 0,08-0,1 75

Broca helicoidal enteriza 1 16 2 0,18-0,2 80

Broca cañón 10 2 0,06 45

Broca helicoidal enteriza 2 10 2 0,1-0,15 80

Tabla 1. Brocas disponibles para el taladrado de las piezas. Se pide:

1 Selección de broca y su correspondiente avance por diente empleado para cada agujero para

obtener un tiempo de mecanizado mínimo.

2 Tiempo de mecanizado mínimo total para los 5 agujeros.

3 Explica qué es el fenómeno de talonamiento. Indicar, en el caso del agujero de diámetro

10mm, el diámetro a partir del cual aparecería el fenómeno de talonamiento.

10

16

Tecnologías de Fabricación y Tecnología de Máquinas 40

PROBLEMA 6 Se dispone de un centro de mecanizado en el que se van a realizar una serie de piezas como la que aparece en la Figura 1. Las piezas vienen ya fresadas y únicamente se van a realizar en esta máqui-na 4 agujeros, dos de los cuales servirán de agujero previo para un roscado posterior. El centro de mecanizado dispone de una limitación que impide trabajar con fuerzas de empuje superior a los 5000N. Además, se dispone del dato de que, en este caso, la fuerza de corte es el doble que la de empuje. La energía específica de corte del material de pieza es de 2700 N/mm2. Se supondrá que el ángulo de punta de todas las brocas es de 118º. Las brocas para realizar los agujeros deben ser seleccionadas de la lista que se proporciona en la Tabla 1. Figura 1. Pieza de acero a taladrar.

Tabla 2. Relación entre el diámetro nominal de la rosca y el del taladrado previo.

Se pide: 1. Nombrar, justificando la respuesta, el tipo de herramienta a utilizar y el avance por diente a em-

plear en cada caso para que el tiempo de mecanizado sea mínimo. 2. Calcular el tiempo de mecanizado mínimo total para taladrar los 4 agujeros. (Suponer

∆a=∆s=3mm). 3. Calcular la potencia de corte máxima consumida.

D (mm)

z fmax (mm/rev)

Vc (m/min)

Broca helicoidal enteriza

15 mm 2

0.2 100

Broca de plaquitas

24mm 1

0.35 90

Broca de plaquitas

21mm 1

0.4 90

Diámetro nominal de rosca

Diámetro broca (mm) Diámetro nominal de rosca

Diámetro broca (mm)

M11 9,5 M30 26,5 M12 10,2 M33 29,5 M14 12,0 M36 32,0 M16 14,0 M39 35,0 M18 15,5 M42 37,5 M20 17,5 M45 40,5 M22 19,5 M48 43,0 M24 21,0 M52 47,0 M27 24,0 M56 50,5

15

M24

10

25

Tabla 1. Listado de brocas disponibles.


41

PROBLEMA 7 Se desea realizar, en un taladro de columna, agujeros de 12mm de diámetro en un acero de resisten-cia a la tracción 85Kg/mm2 y cuya energía específica de corte (en N/mm2) viene dada por: Siendo ac el espesor de viruta en mm. El taladrado se llevará a cabo con la Herramienta 1, de acero rápido, que debe utilizarse en este ma-terial con una velocidad de corte de 25m/min y con un avance por filo de 0,15mm. Se pide:

1. Obtener la potencia necesaria para realizar la operación, suponiendo un rendimiento de la máquina del 90%.

2. ¿Sería posible realizar esta operación en un Centro de Mecanizado utilizando la herramienta 1? ¿Y utilizando la herramienta 2? Razona la respuesta

3. Manteniendo los parámetros de operación citados más arriba ¿Cómo afectaría a la potencia consumida el utilizar una herramienta similar a la 1, pero con 3 filos en vez de 2?

4. Representar el ángulo de desprendimiento y el ángulo de incidencia de la herramienta 1. So-bre esta misma vista representar el vector velocidad de corte.

5. En el contexto de esta operación, ¿para qué utilizarías un escariador?

46.0

3106,1

c

sa

p

Herramienta 2

Herramienta 1

70º


43

CAPÍTULO IV

COMBINADOS


45

PROBLEMA 1 A partir de un tocho de acero de dimensiones 350x200x100 (todas las cotas en mm) se desea obte-ner mediante mecanizado la pieza representada en la Figura 1. La energía específica de corte del acero es de 1000 N/mm2 y se supone independiente de los parámetros de corte. Se pide:

1. Elegir la máquina-herramienta más adecuada para la producción de la pieza representada en la Figura 1. Razonar la respuesta.

2. De entre las herramientas recogidas en la Tabla 1 elegir las que permiten minimizar el tiempo de mecanizado de la pieza. ¿En qué caso se utilizaría el escariador?

3. Calcular este tiempo mínimo de mecanizado despreciando tiempos de aproximación, salida, retirada y cambio de herramientas y suponiendo no necesario el uso del escariador.

4. Calcular la potencia necesaria para llevar a cabo la operación suponiendo un rendimiento mecánico de 0,8. Tomar para la operación de fresado un valor aproximado de p*s=1000N/mm2.

5. ¿Qué tipo de sistema de guiado es el más adecuado para esta máquina-herramienta? Razo-na la respuesta.

Figura 1

40

95

100

8 (en todos los agujeros)

200

350


Herramienta Nº dientes

(z) D (mm) r (º) Material Condiciones de corte recomendadas

Herramienta de Man-drinar

1 8 80 Metal duro recubierto

(multicapa)

Avance (mm): Velocidad de corte (m/min): Profundidad de pasada (mm):

0.01 – 0.2 120 0.05 – 1.5

Fresa frontal de ranu-rar enteriza

4 30 Acero rápido recubier-

to (TiN)

Avance por diente (mm/diente): Velocidad de corte (m/min): Profundidad de pasada (mm):

0.01 – 0.5 70 0.05 – 12

Fresa de plato 10 120 90 Metal duro recubierto

(multicapa)


0.01 – 0.5 120 0.05 – 8

Fresa enteriza de pun-ta semiesférica

2 8 Acero rápido recubier-

to (TiCN)


0.005 – 0.5 90 0.05 – 6

Broca helicoidal 2 7,75 Acero rápido Avance (mm/rev): Velocidad de corte (m/min):

0.01 – 0.5 40

Broca helicoidal 2 8 Acero rápido Avance (mm/rev): Velocidad de corte (m/min):

0.01 – 0.5 40

Broca cañón 1 8 Acero rápido recubier-

to (TiN) Avance (mm/rev): Velocidad de corte (m/min):

0.01 - 0.05 50

Escariador 4 8 Acero rápido recubier-

to

Avance (mm/diente): Velocidad de corte (m/min): Profundidad de pasada radial (mm):

0.05 - 0.15 70 0.05 - 0.15

Tabla 1


47

PROBLEMA 2 Se desea mecanizar la pieza de la figura 1a partir de un bloque de acero de dimensiones iniciales l=300mm, b=150mm y altura 200mm.

Figura 1

La máquina a utilizar es un centro de mecanizado de 3 ejes y dispone de las herramientas mostradas en la tabla 1. La energía específica del acero de la pieza, en N/mm2, viene dada por la expresión:

2901000 , cs ap siendo ac el espesor de viruta en mm.

Se pide:

1. Secuencia de operaciones de mecanizado necesarias para fabricar la pieza definiendo, para cada operación:

a. Herramientas y parámetros de operación que aseguran el tiempo de mecanizado mínimo. b. Fuerza de corte máxima por diente que se alcanza en cada operación.

2. Tras la operaciones anteriores la pieza sufre un tratamiento térmico de temple hasta alcanzar

una dureza de 60HRc(dureza muy elevada). Una vez templada, se desea:

c. Obtener tolerancias ajustadas de planitud y excelente acabado superficial en la superficie plana B (ver figura). Una vez hecho esto,

d. Mecanizar dos agujeros cuadrados de lado 20mm y profundidad 30mm sobre dicha su-perficie plana B.

Nombrar las máquinas y las herramientas necesarias para llevar a cabo ambas operaciones. Ra-zonar la respuesta en cada uno de los casos.

3. Las primeras herramientas de metal duro que aparecieron en el mercado sufrían un importan-

te desgaste de cráter al mecanizar materiales férreos. ¿Qué mejoras se han introducido pos-teriormente en estas herramientas para corregir el problema?

HERRAMIENTA CARACTERÍSTICAS PARÁMETROS RECOMENDADOS

l=300mm

b=150mm

15mm

15mm 10mm

8mm 190mm

2 agujeros diámetro 8mm y profundidad 15mm

Superficie plana B


Fresa de plato D=100mm Nº de dientes: 7 r=90º

fz= 0,1mm ap 10,7mm ae= 0,67 0,83D Vc= 195m/min

Fresa de plato D=160mm Nº de dientes: 12 r=90º

fz= 0,1mm ap 10,7mm Vc= 195m/min

Fresa de plato

D= 50mm Nº de dientes: 4 r=45º

fz= 0,24mm ap 6mm Vc= 140m/min

Fresa de ranurar D= 10mm Nº de dientes: 2

fz= 0,035 0,05mm ap 7mm Vc= 90 130m/min

Fresa de ranurar D= 5mm Nº de dientes: 2

fz= 0,02 0,03mm ap 3,5mm Vc= 90 130m/min

Fresa de punta semiesféri-ca

D= 10mm Nº de dientes: 2

fz= 0,04 0,09mm ap 5mm

22 ppe aaDD

aeap 20mm Vc (para De)= 160 260m/min

Escariador D= 8mm Nº de dientes: 4

fz=0,05 0,15mm Vc=70m/min

Broca helicoidal D= 8mm Nº de dientes: 2 Kr=59º

Vc= 90 130m/min f=0,1 0,16 mm/rev

Broca cañón D= 8mm Nº de dientes: 1

Vc= 40 100m/min f=0,01 0,05 mm/rev

Tabla 1

50mm


49

PROBLEMA 3 Se desea mecanizar el eje estriado de la figura 1 a partir de un redondo de diámetro 150mm y longi-tud 300mm.

Figura 1 El eje es de acero al carbono con una energía específica de corte de 2.700N/mm2. Se desea realizar el mecanizado completo en una sola máquina y en el menor tiempo posible. Se pide:

1. Describir en detalle la máquina y los utillajes y accesorios necesarios para llevar a cabo el mecanizado completo de la pieza.

2. De entre las herramientas disponibles en el almacén (Tabla 1), elegir las necesarias para el mecanizado de la pieza.

3. Determinar la fuerza de corte (entendida como la componente de la fuerza en la dirección de Vc) máxima sobre la herramienta en cada una de las operaciones de mecanizado que se rea-lizan sobre la pieza.

4. Determinar la potencia requerida en el husillo principal de la máquina, supuesto un rendimien-to mecánico del 85%.

5. ¿Sería posible calcular la rugosidad que quedaría en la superficie cilíndrica tras el mecaniza-do a partir de los datos de que se dispone? Razona la respuesta.

2

300

100

10

Ø 1

50

Ø 1

00

120


HERRAMIENTA 1

Kr=107,5º Radio de punta 0,6mm

ap =

0,25-1,5 mm

f = 0,1-0,3 mm/rev VC = 125-295 m/min

HERRAMIENTA 2

Kr=90º Radio de punta 0,6mm

ap = 0,5-2 mm

f = 0,1-0,6 mm/rev

VC = 235-450 m/min

HERRAMIENTA 3

ap = 0,45 mm nap = 4 VC = 125 m/min

HERRAMIENTA 4

ap(max)=8mm fz=0,048mm/diente VC=200m/min Dc=10mm

HERRAMIENTA 5

N = 1070 rpm

f = 0,17 mm/rev

Dc= 10mm

HERRAMIENTA 6

ap(max)=1,9mm fz=0,010mm/diente VC=200m/min dmm=10mm

HERRAMIENTA 7

ap(max)=5mm fz=0,048mm/diente VC=200m/min Dc=6mm

Tabla 1


51

PROBLEMA 4 Se desea fabricar un lote de pistones en aleación de aluminio (ver plano en figura 1). El diámetro inicial del tocho es de 78mm. Si bien estas piezas vienen fabricadas por fundición, sus requisitos ge-ométricos implican el mecanizado posterior de ciertas zonas exteriores. Para ello, es necesario com-pletar la hoja de proceso con los datos de mecanizado imprescindibles para el operario.

Se pide:

1. Rellenar los datos que faltan de la hoja de proceso de la tabla 1, teniendo en cuenta:

- las longitudes de aproximación y salida =0mm

- el ángulo de punta de la broca 118º

- Nmax de la máquina 3500rpm

2. Elegir, justificando la respuesta, la máquina en la que mecanizarías este tipo de piezas.

Hoja de Procesos

Tabla 1

Nota: todas las operaciones se hacen en una única pasada.

ZONA TIPO

OPERACIÓN N(rpm) Vc(m/min) Vf (mm/min) f (mm) tm (s)

zona A 2546 – 2938 600 (recomendada) 508 – 588 0,2 0,9

zona B 2400 240

2 agujeros taladrado 1500 600

cambio de atada

--- --- --- --- --- 5

zona C 600 (recomendada) 0,1

3 ranuras 200 0,15


Figura 1

Zona A

Zona B

Zona C


53

PROBLEMA 5

Se desea fabricar una serie corta de ejes de acero de bajo contenido en carbono con una energía específica de corte ps=2.100 N/mm2. Partiendo de un redondo laminado de 200 mm de diámetro, se debe mecanizar el exterior del eje hasta un diámetro de 175 mm. El diseño del eje contempla también un agujero de 25 mm de diámetro y 40 mm de profundidad (Ver fig. 1). En el anexo se in-dican las herramientas disponibles.

Para que el acabado superficial sea adecuado, se requiere hacer una operación de acabado con una profundidad de pasada de 0,5mm. Por último, para evitar deformaciones de la máquina la fuerza de corte está limitada a 8000N.

Figura 1

Se pide:

1. Seleccionar y justificar el tipo de máquina a utilizar y describir la secuencia de operaciones indicando la herramienta elegida en cada caso.

2. Calcular los parámetros de corte óptimos para un tiempo de mecanizado mínimo.

3. Con las condiciones del apartado anterior, calcular la potencia mínima requerida de la máqui-na teniendo en cuenta un rendimiento del 85%.

4. A la hora de hacer el agujero, suponiendo que el ángulo de incidencia en las proximidades del centro de la herramienta sea de 2º, calcular el diámetro a partir del cual comienza a darse el fenómeno de talonamiento.

5. Calcular la rugosidad teórica obtenida en la superficie cilíndrica de la pieza. En caso de que se requiera una rugosidad inferior a la calculada, explicar qué medidas se podrían tomar.

6. Antes de comenzar la operación, ¿Cómo puedes saber si la herramienta llegará al final de su vida antes de acabar dicha operación?

Ø200m

m

Ø175 m

m

Ø25 m

m

450 mm

40 mm


Anexo: Herramientas disponibles:

Herramienta de cilindrado 1



Material Metal duro P25



r [º] 45 r [º] 75 r [º] 93

r [mm] 1,2 r [mm] 0,8 r [mm] 0,8

f [mm/rev] 0,25 – 0,7 f [mm/rev] 0,2-0,6 f [mm/rev] 0,1-0,4

ap [mm] 1 -7 ap [mm] 0,5-5 ap [mm] 0,3-1,5

Vc [m/min] 140 Vc [m/min] 140 Vc [m/min] 240

Fresa de punta esférica Broca helicoidal Fresa cilíndrica

Material Metal duro K20 Material Acero rápido Material Metal duro P05

z 2 z 2 z 4

Ø [mm] 25 Ø [mm] 25 Ø [mm] 25

r [º] -- r [º] 60 r [º] 90

f [mm/z] 0,45 f [mm/rev] 0,35 f [mm/z] 0,1-0,3

Vc [m/min] 0-215 Vc [m/min] 0-70 Vc [m/min] 0-125


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PROBLEMA 6

Se desea mecanizar la pieza que aparece en la Figura 1 (cotas en mm). Para ello, se parte de un tocho de acero no aleado de 100x30x15 (largo x ancho x alto) y con una energía específica de corte constante de 2100N/mm2. Este tocho se colocará en una fresadora de 3 ejes. Sobre este tocho inicial, se va a realizar un escuadrado y se van a taladrar 3 agujeros pasantes de diámetro 5mm y 3 agujeros ciegos de diámetro 8mm. Para efectuar el escuadrado y los agujeros, se dispone de las herramientas que aparecen en la Tabla 1, donde también aparecen los rangos de parámetros de mecanizado re-comendados. La fuerza de corte máxima que soporta el husillo de la máquina es de 5000N y el ren-dimiento de la máquina es 0,8. Se considerará, para todas las operaciones, una distancia de aproxi-mación y de salida de 2mm.

Figura 1. Diseño de pieza a mecanizar.

Se pide: 1. Nombrar el tipo de herramienta a utilizar en cada caso (escuadrado y taladrados de agujeros

5 y 8). 2. De la Tabla 1, seleccionar, justificando la respuesta, las condiciones de corte que permitan

acabar la operación en el menor tiempo posible y con un acabado homogéneo en la superficie fresada. Calcular este tiempo mínimo.

3. Calcular la potencia nominal mínima que necesita la máquina para taladrar. 4. Calcular el diámetro a partir del cual comienza a ocurrir el fenómeno de talonamiento sabien-

do que el de la broca es de 5º.

100 10 5

14

15

30

8

5

A

A


Fresa de planear y escuadrar

D = 50 mm Vc = 320 m/min fz = 0,1 – 0,2 mm/diente ae ≤ 0,25xD ap ≤ 12mm

Fresa para ranurar con punta esférica

D = 16 mm Vc = 202 m/min fz = 0,16 mm/diente ae ≤ 0,1xD ap ≤ 0,1xD

Broca Coromat Delta

D= 9,5 – 30,4 mm Vc= 70 – 90 m/min Avances: Si D = 9,5 – 14,00 mm f = 0,15 – 0,23 mm/rev Si D = 14,01 – 17,00 mm f= 0,18 – 0,26 mm/rev ….

Broca Corodrill Delta

D= 3 – 20 mm Vc= 80 – 140 m/min Avances: Si D = 3 – 6,00 mm f = 0,1 – 0,25 mm/rev Si D = 6,01 – 10,00 mm f= 0,15 – 0,34 mm/rev ….

Tabla 1. Herramientas disponibles y parámetros de corte recomendados.


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PROBLEMA 7 Se desea mecanizar una tirada media de la pieza mostrada en la Figura 1 a partir de un redondo de 160mm de diámetro y longitud 400mm.

Figura 1: Plano de la pieza que se desea mecanizar

La pieza es de acero al carbono con una energía específica de corte de 2.100N/mm2. Se desea reali-zar el mecanizado completo en una sola máquina, con el número mínimo de pasadas y en el menor tiempo posible. Para evitar una flexión excesiva de la herramienta de ranurado se decide limitar la fuerza de corte a 4.500N. La potencia nominal de la máquina es 25 kW y su rendimiento, del 80 %. Se pide:

1. Describir en detalle la máquina y los utillajes y accesorios necesarios para llevar a cabo el mecanizado completo de la pieza.

2. Enumerar la secuencia de operaciones a realizar y seleccionar las herramientas más ade-

cuadas de las disponibles en el almacén (Tabla 1).

3. Elegir las condiciones de corte necesarias para el mecanizado de la pieza.

4. Calcular el tiempo de mecanizado necesario para realizar los 4 agujeros considerando que la distancia de aproximación es 2mm y despreciando los tiempos de retirada.

5. A la hora de hacer el agujero, suponiendo que el ángulo de incidencia en las proximidades del

centro de la herramienta sea de 2º, calcular el diámetro a partir del cual comienza a darse el fenómeno de talonamiento.

Ø10mm

10mm

Ø 130mm

Ø150mm

25mm

400 mm


HERRAMIENTA A

la=10mm f= 0,1-0,36mm/r Vc=90-235m/min

HERRAMIENTA B

la=10mm rε=5mm f= 0,1-0,36mm/r Vc=90-235m/min

HERRAMIENTA C

HERRAMIENTA D

HERRAMIENTA E

Kr=91º rε=0,8mm ap= 1-3,9mm f= 0,2-0,5mm/r Vc= 530-370m/min

HERRAMIENTA F

ap=0.29mm nap=4 Vc=125m/min

Tabla 1: Herramientas disponibles

Dc=10mm

L=2-3xDc

Kr=70º

Vc=70-120m/min

f=0,14-0,30mm/rev

Dc2=10 mm

Z=4

ap4xDc2

Vc=320 m/min

f=0,5 mm/rev

Ejercicios y Problemas - Tornos

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