Sistemas de Producción y Fabricación.

Sistemas de Producción II

Escuela de Ingeniería Industriales - UVaÁrea de Ingenieríade los Procesos de Fabricación

Sistemas de Producción y Fabricación

3.- Principales Procesos de Arranque de Viruta

3.2.- Fresado

3.3.- Taladrado

3.4.- Brochado

4.- Rectificado

Sistemas de Producción II.Procesos con eliminación de material.

3.2.- FRESADO

El término fresado abarca una gran variedad de operaciones realizadas en diferentes máquinas, con diferentes herramientas y piezas de trabajo.

En general, el fresado se lleva a cabo mediante el movimiento coordinado de rotación de una herramienta con varios filos y un avance recto de la pieza.

3.2.- FRESADO

También se consideran fresadootras operaciones en las que el movimiento tanto de la pieza como de la herramienta se dan en cualquier dirección.

Como la herramienta presenta más de un filo, el material eliminado por vuelta será el producto del número de filos por el material eliminado por cada filo.

Fresado: proceso de mecanizado por corte de viruta llevado a cabo por una herramienta rotativa de múltiples filos, llamada fresa, que se desplaza perpendicularmente a su eje de rotación al menos en una componente del movimiento de avance.

Ventajas del mecanizado con fresadora:

Hoy en día el fresado es uno de los métodos de mecanizado más utilizado, debido a:

Alta eficiencia y precisión

Buen acabado superficial

Flexibilidad de trabajo

La herramienta gira a una velocidad n (r.p.m.). La pieza se desplaza perpendicularmente al eje de rotación de la herramienta con una cierta velocidad de avance, vf (mm/min).

Clasificación elemental de máquinas fresadoras:

Máquinas de fresado vertical: La herramienta es accionada por el husillo principal con su eje de giro en posición vertical.

Clasificación elemental de máquinas fresadoras:

Máquinas de fresado horizontal: La herramienta de corte está montada en un árbol horizontal alineado al husillo principal.

Movimientos de la fresadora:

La fresadora, cinemáticamente funciona de manera similar a la taladradora, incorporando un movimiento de la pieza en su plano de apoyo.

Esto permite un movimiento relativo entre pieza y herramienta según los tres ejes de coordenadas X, Y y Z y posibilita el mecanizado de superficies planas o curvas así como todo tipo de ranurados y taladrados en la pieza.

Descripción de una fresadora:

Bancada: Es el elemento que sustenta todo el conjunto. Debido a que su rigidez debe ser alta, se construyen de fundición.

Columna: Va montada sobre la base y soporta al resto de componentes, además de contener el husillo. Tiene unas guías verticales sobre las que desliza la mesa.

Carro: Está situado en la columna y puede moverse de forma vertical respecto a ésta. Sobre él van situadas unas guías que permiten el desplazamiento de la mesa. Las fresadoras universales, permiten además un giro de la mesa según el eje vertical.

Mesa: Sobre ella se sitúa la pieza fijándola a unas acanaladuras en forma de T invertida. Puede desplazarse sobre el carro según las dos direcciones perpendiculares a la dirección vertical, e incluso girar en ese plano.

Herramientas para fresado (fresas) (I):

FRESA DE CORTE LATERAL

Este tipo de fresas son estrechas, cilíndricas y con dientes en cada lado y en la periferia se utilizan para cortar ranuras y caras verticales.

En este caso es una fresa de dientes rectos, y su montaje en la máquina se lleva a cabo mediante el uso de un árbol, que se coloca con su respectivo soporte.

Herramientas para fresado (fresas) (I):

FRESA CORTADORA DE ENGRANES

Este tipo de fresa esta dentro del grupo de fresas perfiladas, las cuales tienen la forma o perfil exactos de la pieza que se va a producir y permiten la reproducción exacta de piezas de forma irregular a menor costo que con la mayor parte de las otras fresas.

En este caso la fresa tiene exactamente la forma del engrane que se desea tallar. La sujeción es de la misma manera que la fresa de corte lateral.

Herramientas para fresado (fresas) (II):

FRESA ESCARIADORA CON DIENTES INTEGRALES

Este tipo de fresas pueden tener dos o más acanaladuras, tienen dientes en el extremo y en la periferia y se instala en el husillo con un adaptador. Las fresas con dos acanaladuras, tienen filos de diferente longitud en el extremo y pueden utilizarse para taladrar agujeros poco profundos, en el caso de mas de dos acanaladuras, como la de la fotografía, se requiere un agujero piloto para poder taladrar un agujero.

Herramientas para fresado (fresas) (II):

SIERRA PARA CORTAR METALES

Éstas son básicamente fresas delgadas para planchas. Algunas de ellas tienen los lados con rebajes o cóncavos para evitar rozamientos o que se atasquen cuando están en uso y las otras tienen dientes laterales.

Herramientas para fresado (fresas) (III):

Clasificación de fresas:

Fresas con mango: Están provistas de un mango solidario, recto o cónico, (su fijación es similar a la de las brocas), para el fresado axial y radial.

Herramientas para fresado (fresas) (III):

Clasificación de fresas:

Fresas para árbol: Están provistas de un agujero central que permite montarlas en un árbol portafresas, para el fresado radial.

Herramientas para fresado (fresas) (III):

Las fresas se pueden clasificar según su paso, definido como el arco existente entre dos puntos del mismo plano radial situados en dos filos consecutivos.

•Paso grande: Contiene pocos dientes y grandes alojamientos de viruta. Son las que se utilizan en las operaciones de desbaste y acabados de aceros.

•Paso normal: Contienen un número intermedio de dientes y alojamientos de viruta moderados. Se utilizan para fundición y operaciones de acabados medios en aceros. Permiten un alto régimen de avance.

•Paso reducido: Contienen un elevado número de dientes con pequeños alojamientos de viruta. Se utilizan para pequeñas profundidades de corte en aceros, desbastes en fundición y materiales que requieran bajas velocidades de corte.

Clasificación de los procesos de fresado (I):

Teniendo en cuenta la posición relativa del eje de la herramienta con respecto a la superficie de trabajo de la pieza:

Fresado cilíndrico: El eje de la fresa está situado paralelamente a la superficie de trabajo de la pieza, entrando en acción la parte cilíndrica de la herramienta.

• Avance perpendicular al eje de giro.

• Profundidad de corte en dirección radial.

• Corte producido por los filos periféricos.

• Pueden montarse en un árbol portafresas.

• Estabilidad en la herramienta.

Clasificación de los procesos de fresado (II):

Teniendo en cuenta la posición relativa del eje de la herramienta con respecto a la superficie de trabajo de la pieza:

Fresado frontal: El eje de la fresa está dispuesto perpendicularmente a las superficies de trabajo de las piezas.

• Avance perpendicular al eje de giro.

• Profundidad de corte en dirección axial.

• Corte producido por los filos periféricos.

• Acabado superficial producido por los filos de la cara frontal.

• Trabajo en voladizo.

• Soporte de esfuerzos axiales y radiales

Clasificación de los procesos de fresado (III):

Teniendo en cuenta la posición relativa del eje de la herramienta con respecto a la superficie de trabajo de la pieza:Avance axial: El eje de la fresa está dispuesto perpendicularmente a las superficies de trabajo de las piezas.

Avance y profundidad de corte en dirección axial.

Corte producido por los filos de la cara frontal.

Generalmente se taladra hasta una profundidad y luego se avanza radialmente.

Clasificación de los procesos de fresado (IV):

Ventajas del fresado frontal:

•Posibilidad de fresar perfiles múltiples.

•Libertad de movimiento entre fresa y pieza.

•Trabajan más dientes simultáneamente, con lo que el esfuerzo para el mecanizado es más regular para unas mismas condiciones de corte.

•Grandes caudales de viruta, (se pueden aumentar las condiciones de corte).

Clasificación de los procesos de fresado (V):

Teniendo en cuenta el avance de la fresa y refiriéndose al fresado cilíndrico:

Fresado convencional o en oposición: La pieza avanza contra la dirección de rotación de la herramienta.

Clasificación de los procesos de fresado (V):

Teniendo en cuenta el avance de la fresa y refiriéndose al fresado cilíndrico:

Fresado en trepado,a favor o en concordancia: La pieza avanza a favor de la dirección de rotación de la herramienta.

Clasificación de los procesos de fresado (VI):

Características de fresado en concordancia:

•El espesor de viruta es máximo al entrar en contacto sobre la pieza.

•Aparición de impactos, consecuencia de lo anterior.

•Son necesarios, para el riesgo de rupturas, dientes tenaces.

•Se favorece el movimiento de avance.

•Menores huellas de mecanizado.

•La fuerza de corte aprieta o sujeta la pieza contra la mesa, (es la forma de fresar láminas muy delgadas).

•Mayores vibraciones.

Características de fresado en oposición:

•El espesor de la viruta al que se enfrenta cada filo aumenta progresivamente, y es máximo al separarse el diente de la fresa.

•El esfuerzo también aumenta paulatinamente, con lo que no se producen vibraciones.

•Debido al rozamiento, se produce un consumo de energía improductiva importante.

•Se produce un mayor calentamiento.

•Se acelera el desgaste de la herramienta.

•El empuje inicial de la herramienta sobre la pieza genera deformaciones plásticas locales: endurecimiento y aparición de tensiones superficiales.

•La fresa tiende a arrastrar y a levantar la pieza.

Clasificación de los procesos de fresado (VII):

Teniendo en cuenta el avance de la fresa y refriéndose al fresado frontal:

• Trabajo de planeado: La herramienta avanza en dirección perpendicular a su eje de giro, produciendo una superficie plana en la pieza de trabajo.

• Trabajo de taladrado: La herramienta avanza en la dirección de su eje de giro, produciendo un agujero cilíndrico en la pieza de trabajo.

• Trabajo de ranurado profundo: La herramienta avanza en dirección de su eje de giro hasta llegar a una determinada profundidad para avanzar después en dirección perpendicular a su eje de giro.

Parámetros del proceso de fresado (I):

Velocidad del husillo n (rpm): número de revoluciones por minuto a la que gira la herramienta de fresado en el husillo.

Velocidad de corte v (mm/min): velocidad periférica con la que los filos de corte mecanizan la pieza.

D es el diámetro de la herramienta en mm.

Velocidad de avance a (mm/min):distancia recorrida por la herramienta contra la pieza por unidad de tiempo.

Avance por revolución ar (mm/rev):distancia que se mueve la herramienta durante una rotación.

ar = a / n

Parámetros del proceso de fresado (II):

Avance por diente ad (mm/diente): distancia que recorre la herramienta mientras un diente en concreto está implicado en el corte. También es el avance de la mesa realizado entre el corte de dos filos consecutivos.

ad = a / n.z = ar / z

z es el número de filos de la herramienta

Profundidad del corte axial pf en el fresado frontal: valor de penetración frontal de la herramienta en la pieza.

Ancho de corte af en el fresado frontal: es el ancho de material que la herramienta elimina en cada pasada y que como máximo es el diámetro de la fresa.

Profundidad de corte radial pc en el fresado cilíndrico: valor de penetración radial de la herramienta en la pieza.

• Superficies planas y fresados en escuadra.

• Ranuras y bordes.

• Vaciados.

• Copiados y contorneados.

• Corte con separación de partes o serrado.

Operaciones de fresado:

Las posibilidades de mecanizado que ofrece el fresado son bastante amplias e incluyen entre otras:

Planeado y escuadrado (I):

El planeado permite obtener grandes superficies planas mediante la utilización de un fresa de varios dientes. En ocasiones se requiere que dos superficies contiguas formen un ángulo de 90º, para ello se usan las fresas de escuadra.

Planeado y escuadrado (II):

Con objeto de evitar el corte en retroceso, y estropear el acabado superficial, se inclina el husillo en el planeado de la manera que se observa en el dibujo.

Planeado y escuadrado (I):

El planeado permite obtener grandes superficies planas mediante la utilización de un fresa de varios dientes. En ocasiones se requiere que dos superficies contiguas formen un ángulo de 90º, para ello se usan las fresas de escuadra.

Planeado y escuadrado (III):

La selección de la fresa idónea depende fundamentalmente del tamaño de la superficie a mecanizar.

Planeado y escuadrado (IV):

Planeado y escuadrado (V):

Planeado y escuadrado (VI):

Ranuras y bordes (I):

Al mecanizar escuadras y ranuras se mecanizan simultáneamente dos o más caras de la pieza, por lo que se debe elegir la herramienta con filos adecuados.

La ranura puede ser abierta en un de sus extremos o cerrada (chavetero).

Ranuras y bordes (II):

Es importante la correcta evacuación de las virutas, por lo que se utiliza refrigerante o chorro de aire comprimido dirigido a la zona de trabajo.

Para bordes que no estén a escuadra, se usan fresas con formas especiales, que son costosas de fabricar.

Ranuras y bordes (III):

Ranuras y bordes (IV):

Vaciados – Cajeras:

Es una eliminación masiva de material para crear una cámara mayor que la propia fresa.

La fresa empieza el mecanizado en la dirección perpendicular a la superficie de la pieza hasta llegar a una profundidad de corte; y después, una dirección paralela a la dicha superficie.

Vaciados – Cajeras:

Taladrado (I):

Taladrado (II):

Copiado y contorneado (I):

Se utilizan un tipo especial de fresas creadas explícitamente para contornos curvos, ya sea de forma directa o bien por copia de otro ya existente.

Copiado y contorneado (II):

La trayectoria de la herramienta sigue una curva alabeada en el espacio de forma que el control de la trayectoria debe ser realizado utilizando una máquina de control numérico CN o de control numérico computerizado CNC.

Copiado y contorneado (III):

Copiado y contorneado (IV):

Corte con separación de partes o serrado:

Este proceso es posible gracias a la utilización de dos tipos especiales de fresas: las fresas de ranurar y las fresas de disco.

Para la herramienta de ranurar, la profundidad del corte será igual al espesor (como mínimo) de la placa a cortar.

Para la fresa de disco, además el voladizo de la herramienta debe ser superior al espesor de la superficie a cortar.

Fresas de operaciones especiales:

Fresas para cigüeñal de alta rigidez.

Tallado de Moldes:

3.3.- MANDRINADO

La mandrinadora es una máquina especial muy similar al torno, pero en la que la pieza de trabajo permanece fija y sobre la herramienta recaen los dos movimientos: de giro (principal) y de avance.

Se utiliza para trabajar piezas muy pesadas o voluminosas, difíciles se posicionar sobre la mesa de trabajo de un torno vertical, y que cuyo movimiento conlleva unas fuerzas de inercia difícilmente controlables.

La operación más común en este tipo de máquinas es el mecanizado de interior de agujeros, aunque también es factible la realización de cilindrados y refrentados.

PROCESOS EN LA MANDRINADORA (II):

La mandrinadora es una máquina normalmente de eje horizontal. La característica más destacada de la mandrinadora es la herramienta empleada, llamada barra de mandrinar o mandrino. Consiste en un eje, sujetos por ambos extremos a la máquina herramienta, en el que pueden acoplarse varias herramientas monofilo situadas en planos perpendiculares a dicho eje.

La rotación del eje permite mecanizar (mandrinar) varios taladros simultáneamente, asegurando de forma relativamente precisa la coaxialidad.

Habitualmente se usa para piezas grandes generalmente no cilíndricas que requieran el mecanizado de una superficie interior cilíndrica, aunque también pueden ejecutarse cilindrados y refrentados.

3.4.- BROCHADO

El brochado es una operación de mecanizado en la que la herramienta tiene un desplazamiento lineal.

Cada diente de la herramienta elimina material progresivamente.

Todas las operaciones (desbaste, semi-acabado y acabado) se realizan en una única pasada.

3.4.- BROCHADO

La brochadora se utiliza para realizar en la pieza de trabajo ranuras y agujeros con una geometría diferente a la cilíndrica.

La máquina trabaja utilizando una herramienta de filo múltiple (multifilo), llamada brocha.

El movimiento principal lo aporta la herramienta en dirección perpendicular a la superficie de la pieza, y el avance es proporcionado por la propia forma escalonada y piramidal de los filos de la brocha.

La geometría de la brocha puede ser desde cuadrada a triangular, pasando por todas las formas intermedias.

PROCESOS EN BROCHADORA (II):

La brocha puede trabajar a tracción o a compresión, siendo este último caso el que más se utiliza; por tanto, se a de partir de un agujero cilíndrico por el que pasa la brocha realizando el mecanizado.

Las brochas se diseñan específicamente para cada tarea, lo que asocia un alto coste y limita su uso para un número elevado de piezas a trabajar.

4.- RECTIFICADO

El rectificado o esmerilado utiliza como herramienta una muela abrasiva.

Aunque es un proceso de acabado, nuevas herramientas lo permiten emplear en eliminación masiva de material (desbaste).

Tipos de rectificadoras:

de husillo horizontal:

• planas.

• cilíndricas.

de husillo vertical:

PROCESOS EN RECTIFICADORA (II):

La muela puede considerarse como una herramienta multifilo, aunque a diferencia con las herramientas multifilo convencionales, está constituida por granos de un material abrasivo unidos mediante un elemento aglutinante.

La cantidad de viruta de material arrancado en cada pasada es muy pequeña. La operación puede darse por finalizada cuando cesa el “chisporroteo”, es decir, cuando dejan de parecer las chispas que se producen por el contacto entre pieza y herramienta.

Las principales características de los procesos de rectificado son que las velocidades de corte son elevadas, y que los avances y profundidades de pasada son reducidos.

PROCESOS EN RECTIFICADORA (III):

Rectificadoras planas de husillo horizontal:

• Para trabajar cobre caras planas.

• El movimiento de avance es rectilíneo.

Rectificadoras cilíndricas de husillo horizontal:

• Mecanizado de piezas cilíndricas.

• Movimiento de la pieza de trabajo rotación.

• Ejes de rotación de pieza y husillo paralelos.

Rectificadoras de husillo vertical:

• Eje del husillo perpendicular a la mesa.

• Similar al fresado frontal

PROCESOS EN RECTIFICADORA (IV):

La herramienta:

Es una muela formada por gran número de partículas abrasivas, o granos, de material muy duro (óxido de aluminio o carburo de silicio), aglutinados sobre una superficie.

Es una herramienta de filos múltiples de geometría muy irregular.

Los granos de la superficie, son granos activos, que remueven viruta. Éstos se van desgastando poco a poco, al igual que el aglutinante, hasta que un grano “viejo” salta, dejando paso a un grano “nuevo”; esto considera en la herramienta un “autoafilado”.

A veces, si la muela tiene granos muy tenaces y un aglutinante excesivamente fuerte, la muela se vitrifica, necesitando de un reafilado o limpieza.

El tamaño de grano es fundamental para obtener un acabado superficial determinado. Cuanto más fino sea el grano, más suave será la superficie que se puede obtener.

PROCESOS EN RECTIFICADORA (V):

La herramienta:

Según la tenacidad con la que el aglomerante sujeta los granos, podemos distinguir:

Muelas duras: Poseen granos tenaces aglutinados fuertemente. Deben ser repasadas o reafiladas con una herramienta de punta de diamante para eliminar los granos desgastados.

Muelas blandas: Los granos se desprenden fácilmente, por lo que la muela sufre una ligera modificación en su forma. Por tanto, precisan un repasado para volver a dar la forma adecuada.

PROCESOS EN RECTIFICADORA (V):

Aglutinantes:Se pueden usar como aglutinantes materiales sintéticos, vítreos, resinas, cauchos o incluso materiales metálicos.

La elección de uno u otro conferirá a la muela unas características idóneas para un trabajo determinado.

Así:

• Para un material duro y frágil se debe utilizar una muela blanda de tamaño de grano fino.

• Para un material blando se debe utilizar una muela dura de tamaño de grano grueso.

• Para un buen acabado se debe utilizar un tamaño de grano pequeño con un aglutinante de resina o caucho.

• Para tareas de desbaste se debe utilizar un tamaño de grano grande y un aglutinante vítreo.

PROCESOS EN RECTIFICADORA (VI):

Rectificadoras planas de husillo horizontal:El movimiento principal se produce por el giro de la herramienta, siendo la mesa la que aporta el movimiento de avance al estar la pieza de trabajo solidariamente sujeta en ella. Suele utilizarse para piezas planas.

El movimiento de avance principal, puede ser de tres tipos:

• Movimiento de la mesa en la dirección X, que corresponde a un desplazamiento en la dirección perpendicular al eje del husillo. Es la velocidad de la mesa o avance transversal at .

• Movimiento de la mesa en la dirección del eje Z, que corresponde a un desplazamiento en la dirección del eje del husillo. Es el avance lateral at o penetración lateral de la muela durante una carrera de corte.

• Movimiento del cabezal y la muela en la dirección del eje Y, que corresponde a un desplazamiento en la dirección perpendicular al plano de la mesa de trabajo. Es el avance en profundidad ap o profundidad de la capa de material eliminado durante una carrera de corte.

PROCESOS EN RECTIFICADORA (VII):

Rectificadoras planas de husillo vertical:

La mesa se mueve alternativamente, y la herramienta avanza de manera intermitente hacia abajo, con lo que se genera una superficie plana en la pieza.

Rectificadoras cilíndricas:

La pieza se soporta y gira entre puntos de manera relativamente lenta. A su vez, el cabezal que sujeta la pieza se mueve horizontalmente de forma alternativa. El husillo de rectificar es horizontal y paralelo al eje de rotación de la pieza, y puede aplicarse avance en profundidad.

Rectificadoras cilíndricas de interiores:

La muela tiene eje horizontal y puede desplazarse en la dirección paralela al eje del husillo. Se usan pequeñas muelas cilíndricas que giran a gran velocidad. La pieza se fija en un plato de garras o en un plato magnético y gira. Se puede realizar un rectificado transversal o de penetración.