Tema 3 Procesos de Fabricación II(2)

SISTEMAS DE PRODUCCIÓN INDUSTRIAL TEMA 3: Procesos de fabricación II

Grado en Ingeniería en Electrónica y Automática Industrial Universidad de Alcalá

Curso Académico / 2014-2015

4º – 1er Cuatrimestre

Sistemas de producción industrial

Profesores: Jesús F. Sánchez Golmayo


Introducción histórica.

Conformado por arranque de material. Operaciones básicas. Parámetros de corte.

Torneado: tipos, herramientas y operaciones de torneado.

Parámetros de corte y cálculo de tiempos de mecanizado.

Fresado: tipos, herramientas y operaciones de fresado.

Parámetros de corte y tiempos de mecanizado.

Taladrado y rectificado.

Economía del mecanizado. Bibliografía:

S. Kalpakjian, S.R. Schmid: Manufactura, ingeniería y tecnología, Ed. Pearson.

Mikel P. Groover: Fundamentos de manufactura moderna, Ed. Prentice Hall.

INDICE


Introducción histórica

Materiales conformados de piedra y madera por palos y cuerdas en la prehistoria

Torno de pértiga en 1250 para corte de madera y metales

Torno de roscar por Leonardo da Vinci 1550

Máquina de mandrinar 1774

Máquina de taladrar en 1835

Torno automático en 1842 por Shipe

Fresadora universal en 1861 por Brown

1940 teoría de Ernst y Merchant sobre el corte de metales.


Conformado por arranque de material. Operaciones básicas

Mecanizado Es un proceso de fabricación que consiste en

arrancar en forma de virutas o partículas, el exceso de material de un semiproducto previamente concebido, utilizando máquinas y herramientas cortantes adecuadas, para conseguir la geometría de la pieza deseada y las especificaciones de diseño

La obtención de las dimensiones y geometría definitiva se realiza en productos previamente obtenidos por fundición, forja, metalurgia de polvos, operaciones de soldadura, etc.


MECANIZADO O CONFORMADO POR ARRANQUE DE VIRUTA

Operaciones muy versátiles

Aleaciones metálicas

Plásticos Cerámicos Composites

Buenos ajustes dimensionales, estrechas tolerancias y bajas rugosidades superficiales

Ejecución de pequeños y complejos detalles difíciles de conseguir por otros métodos

Se da forma a la pieza a base de arrancar material

( procesos secundarios)


Acabado Desbaste primario

OPERACIONES DE MECANIZADO

Se utilizan para arrancar grandes cantidades de material de la forma más

rápida posible

Se emplean para alcanzar las dimensiones, tolerancias y rugosidades finales exigidas

Procesos lentos

Altos costes (maquinaria y mano de obra)



El arranque de la viruta se realiza mediante la penetración de una herramienta cuyo material es de mayor dureza que el de la pieza a cortar

Movimientos fundamentales: Movimiento de corte (Mc)

Permite que la herramienta penetre en el material, produce viruta, identificado por Vc

Movimiento de avance (Ma) Desplazamiento del punto de corte, sitúa frente a la

herramienta una nueva capa sin mecanizar, identificado por Va, no produce trabajo de arranque

Movimiento de alimentación (incluido en el avance) Se consigue cortar un espesor de material, Identificado con

la profundidad de pasada P, no produce trabajo de arranque

Pueden aplicarse a la pieza o a la herramienta

Pueden se de rotación o traslación



Mc Rectilineo

Proceso Mc Ma

Limadora Hta Pieza

Mortajadora Hta Pieza

Cepilladora Pieza Hta

Ma Circular

Proceso Mc Ma

Torno Pieza Hta

Taladradora Hta Hta

Fresadora Hta Pieza

Mandrinadora (Tldr+Fresa) Hta Pieza


Parámetros asociados al corte. Herramienta de corte

Cualquier proceso de mecanizado puede asimilarse a una situación real tal y como se muestra en la figura

Se puede apreciar como la herramienta produce la eliminación de material de la pieza mediante la incidencia de la arista o filo de corte sobre ésta, desplazándose con una velocidad relativa v, que es la velocidad resultante de corte


Variables independientes: Material, estado de la herramienta

Material, estado y temperatura de la pieza

Parámetros de corte ( velocidad, avance, profundidad)

Fluidos de corte

Características de la maquina herramienta (rigidez, amortiguamiento)

Sujeción y soporte de la pieza

Variables dependientes: Tipo de viruta

Fuerza y energía disipadas

Aumento de temperatura (en herramienta, viruta y pieza)

Desgaste de la herramienta

Acabado superficial de la pieza

Factores que influyen en el proceso


25/09/2015 Jesús F. Sánchez Golmayo 14/52

Tipos de corte


Tipos de corte

Corte ortogonal

Corte oblicuo

ac

ad ɣ


Parámetros asociados al corte (ortogonal)

Ángulo de desprendimiento (ɣ): ángulo formado por las caras de desprendimiento de la herramienta y la dirección perpendicular de a la superficie mecanizada) ( + o - )

Ángulo de filo (β): ángulo formado por las caras de incidencia y desprendimiento de la herramienta

Ángulo de incidencia (α): ángulo formado por las caras de incidencia de la herramienta y la superficie de la pieza mecanizada de la herramienta (5º y 10º)

Ángulo de cizalladura (ψ): ángulo formado por superficie de la pieza y el plano de deslizamiento

Espesor de la viruta no deformada (ac)

Espesor de la viruta deformada (ad)

Factor de recalcado (ξ ): Es el cociente entre ad y ac


Viruta

Fenómenos La viruta es más dura y frágil que el material de base

Esta sometida a grandes calentamientos en la zona de corte

La cara que ha estado en contacto con Aɣ es lisa y brillante mientras que la otra es oscura y rugosa

La viruta cambia de color al desprenderse del material

La forma depende de la velocidad del material

Tipos Viruta continua: es el régimen normal de corte y es el que mejor acabado superficial deja

Viruta discontinua: se produce cuando se mecanizan materiales frágiles y dúctiles con velocidades de corte bajas

Viruta con protuberancias: se producen en materiales muy dúctiles se producen con recrecimiento del filo


Fuerzas sobre a herramienta:

En el plano cortante:

Fuerzas sobre la herramienta:

Sobre la cara de la herramienta:


Fuerzas sobre la herramienta:

Sobre la cara de la herramienta:


Fuerzas de corte Diseño las máquina herramienta

La precisión en el corte

Diseño de las herramientas de corte

Fuerzas y Potencia de corte

Fc = fuerza de corte

F = fuerza de fricción

N = fuerza normal

Ft = fuerza de empuje

Fn = fuerza normal

Fs = fuerza de cizalladura



Potencia de corte:

s sP F v

cP F v

cP Fv

Se disipa en la zona de cizallamiento y en la cara de ataque (por fricción))

Potencia cortante

Potencia de fricción

Energía específica cortante

cf

c

Fvu

a bv

Energía específica de fricción

Energía específica de corte

s ss

c

F vu

a bv

c

c

F vu

a vb

Energía específica de corte

W.s/mm3

Aleaciones de aluminio 0.4-1

Hierros fundidos 1.1-5.4

Aleaciones de cobre 1.4-3.2

Aleaciones de alta temperatura

3.2-8

Aleaciones de magnesio 0.3-0.6

Aleaciones de níquel 4.8-6.7

Aleaciones refractarias 3-9

Aceros inoxidables 2-5

Aceros 2-9

Aleaciones de titanio 2-5


La energía disipada en el corte se convierte en calor que aumenta la temperatura de la pieza y la herramienta

Es importante conocer el incremento de temperatura:

Afecta la resistencia, dureza y desgaste de la herramienta

Exactitud dimensional

Daños sobre la superficie mecanizada



VIDA DE LAS HERRAMIENTAS

Desgaste De flanco: se presenta en la superficie de incidencia de la herramienta

Relación de Taylor:

De cráter: se da en la cara de ataque. Se debe al mecanismo de difusión. Cambia la geometría de la interfase. Aumenta con la temperatura

V ≡ Velocidad de corte en dm/min. T ≡ Tiempo entre afilados en min.


El torno: tipos, operaciones y herramientas

Máquina-herramienta en donde:

Movimiento fundamental de corte: rotativo en la pieza Movimiento fundamental de avance: rectilíneo (generalmente) en la herramienta Forma superficies cilíndricas

Cabezal: Proporciona el par necesario para • Hacer girar la pieza • Producir el corte

Bancada: posee guías paralelas al eje de giro de la pieza

Carros: Carro longitudinal: se desplaza sobre las guías Carro transversal : sobre el anterior, soporta el carro o mesa portaherramientas



Torno paralelo • Torno básico, económico • Pequeñas series • No pueden trabajar simultáneamente

varias herramientas

Torno para copiar • Reproduce una plantilla • Palpador + servomecanismos • Clasificación en función de los

servomecanismos (hidráulicos, neumáticos, electrónicos



Torno revolver • Semiautomático • Permite a varias herramientas trabajar

simultáneamente • Grandes series

Torno vertical • Eje de rotación vertical • Piezas de gran diámetro y poca

altura • Hasta 20 m de diámetro

Torno CNC

http://es.made-in-china.com/co_dlfdzx/image_Single-Column-Vertical-Lathe-C5120-CX5120-_euuinseyg_TsUtaWzRjIol.html



Existen herramientas específicas para cada aplicación. Se pueden clasificar de la siguiente forma:

Herramientas enterizas

Herramientas de placa soldada

Herramientas de plaquita intercambiable (la mayor parte)

Materiales

Aceros rápidos

Carburos metálicos

Materiales cerámicos

Cerments

Materiales diamantados

La elección del material depende: Propiedades mecánicas del material y

requerimientos del proceso Elevada dureza y resistencia, poco desgaste Mantenimiento de las propiedades en

caliente



Clasificación de las plaquitas de metal duro La norma ISO estableció una clasificación según sus aplicaciones

Tres grupos identificados con colores, letras y números

Los grupos son: P-azul, M-amarillo, k-rojo

Elección La norma es el punto de partida a tener en cuenta en la selección de la herramienta y de las posibles

calidades para una determinada aplicación

Luego se deben cotejar las descripciones detalladas de los materiales que aporta cada suministrador, con la operación a realizar

Finalmente se tiene como objetivo el costo de mecanizado más ahorrativo

La identificación numérica permite seleccionar a priori según dos propiedades mecánicas de la plaquita y según el tipo de operación: desbaste o acabado. Las plaquitas van numeradas de forma que:

Menor número: mayor dureza y menor tenacidad, alta velocidad de corte, pequeña sección de viruta y operación de acabado

Mayor número: menor dureza, mayor tenacidad, velocidad de corte mas lenta, mayor sección de viruta y operación de corte


FLUIDOS DE CORTE

Tipos: Aceites

Emulsiones

Semisintéticos

Sintéticos

Métodos de aplicación Por inundación: se inyecta el fluido a baja presión sobre la zona de corte.

Por niebla: se vaporiza el fluido sobre la zona de corte, suministra fluido a áreas inaccesibles. Mejor visibilidad.

Alta presión: mejora la rapidez de remoción de calor, trabaja como rompedor de virutas

Misión

Reducir la fricción y el desgaste

Reducir las fuerzas y el consumo de energía

Refrigerar

Lavar y retirar viruta

Proteger la superficie maquinada contra la corrosión del ambiente


a: avance [mm/rev] N: número de revoluciones por minuto [rpm] p: profundidad de corte o pasada de pasada [mm] D: diámetro de la pieza Va : velocidad de avance (mm/minuto)

Parámetros de corte

Parámetros de la viruta

Parámetros de corte

1000c

DNv av aN

a: avance [mm/rev] p: profundidad de corte o pasada de pasada [mm] A: sección de la viruta no deformada Q: caudal de la viruta

p

a

va

φ

A pac cQ Av pav

.A pa b c

p ( )c tg

c


Elección de las condiciones de corte: Vc, a, p

Tipo de operación

Forma y dimensiones

de la pieza

Tipo de máquina

Estado de la máquina

Material de la Hta.

Material de la pieza

Fluido de corte

Tipo de contacto

Vc

a

p

Potencia

Vida de la

herramienta

Experiencia, catálogos de fabricantes, condiciones de tiempos de fabricación, económicas, etc.


Tiempos de corte

Refrentado Cilindrado

ac

a

L c L ct

v aNac

Lt

aN

TM = Tiempo necesario por pasada (no incluye tiempos muertos)

Tiempo de máquina total (2)

(1) y (2) son válidas para calcular tiempos de cualquier operación de mecanizado El tiempo depende de los valores de Vc, a y p, cuya elección se hace siguiendo alguno de los métodos descriptos en economía del mecanizado.

m: número de pasadas necesarias

P: profundidad total a arrancar [mm]

TMT = Tiempo necesario para realizar “m” pasadas [min]

(1) M acT t

MT MT T m

Pm

p

//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Laengsplandrehen.jpg


TORNEADO POR CNC: Se puede trabajar con programación a Vc = cte o a N = cte

Cilindrado: por ser D = cte., ambas programaciones dan Vc = cte. N=cte. Refrentado, ranurado o interpolación (superficies de radio variable):

Programación a Vc = cte N va variando en forma continua con el radio. Programación a N = cte Vc irá variando con la posición radial de la herramienta

TORNEADO CON MÁQUINAS CONVENCIONALES:

Como no es posible trabajar variando N en forma continua con el radio, se

trabaja a N = cte.

Tiempos de corte


Fuerzas y potencia de corte

c MP P

c c c s c sP F v K pav K Q

c sF K A

Potencia de corte

Fuerzas Fuerza de corte Es la fuerza que se le aplica a la cuchilla para para vencer la resistencia de rotura que ofrece el material en este proceso. Movimiento de corte: La cuchilla ejerce una fuerza hacia el movimiento de rotación de la pieza. Como indica el tercer principio de la Dinámica, la pieza reacciona con una fuerza de igual módulo y dirección. Movimiento de avance: Desplazamiento longitudinal de la pieza. Esta ejerce una fuerza de oposición al avance en la misma dirección y con sentido opuesto. Movimiento de penetración: Se debe al desplazamiento radial de la herramienta. Aquí interviene la fuerza de resistencia a la penetración y es perpendicular a las dos anteriores en la dirección de la penetración. La fuerza de corte es mayor y de sentido opuesto a las otras tres. La fuerza en la dirección tangencial es mucho mayor a la fuerza de penetración y a la de avance y con ella se realizan prácticamente todos los cálculos.

Ks: fuerza específica de corte A: la sección de viruta cortada


Modos de sujección de piezas en el torno


Fresado: tipos, operaciones y herramientas

Características

Operación de corte interrumpido

Los dientes de la fresa entran y salen del trabajo durante una revolución.

La fuerza de corte y la potencia no son constantes

Los dientes son sometidos a fuerzas de impacto y choque térmico en cada rotación

La geometría y el material del cortador deben de soportar estas condiciones

Herramienta multifilo Cada filo trabaja independientemente

La sección de la viruta es variable

Ventajas

Alta eficiencia en el mecanizado

Buen acabado superficial

Precisión y fiabilidad en las formas

Movimientos

Movimiento fundamental e corte Rotativo

Herramienta

Movimiento fundamental de avance Rectilineo

Pieza o herramienta


Fresado frontal Avance perpendicular al eje de giro Profundidad de corte en dirección axial Corte producido por los filos periféricos Acabado superficial producido por los filos

periféricos

Fresado periférico (tangencial) Avance perpendicular al eje de giro Profundidad de corte en dirección radial Corte producido por los filos periféricos

Avance axial Avance y profundidad de corte en dirección axial Corte producido por los filos de la cara frontal

periférico Generalmente se taladra hasta una profundidad

producido y luego se avanza radialmente



Planeado y planeado a escuadra Intención: generar superficies planas Planeado en escuadra: se utiliza una fresa para planear con un ángulo de posición de 90º Por lo general es más ventajoso utilizar un ángulo de posición menor

Inclinación del husillo en el planeado Objetivo: evitar el corte en retroceso por que estropea el acabado superficial



Escuadrado y canteado • Fresado fundamentalmente lateral, con capacidad añadida de profundidad de corte (planeado) • Caso particular: canteado. Fresado completamente lateral • El espesor y profundidad los cortes determinan el tamaño de la herramienta • Problema importante de evacuación de la viruta (aire comprimido, líquido refrigerante) • Distintos tipos de fresas en función de la profundidad de corte requerida



Taladrado hasta una determinada profundidad y fresado posterior

Fresado en rampa en varios cortes Para taladrar es necesario que los filos de corte

atraviesen el centro de la herramienta Fresas muy polivalentes: aplicables a taladrados y/o

ranurados



Copiados o contornos Fresas para ranurar con filo de

corte redondo Necesario para el mecanizado

continuo de formas convexas y cóncavas

Fresas de punta redonda Fresas de plaquitas redondas

(limitaciones)



Ranuras y cortes Se utilizan fresa de disco en lugar

de fresas de ranurar Diferencia: relación profundidad/

longitud Esfuerzo de corte sólo en una

pequeña parte de los dientes: vibraciones

Solución: volantes de inercia


Parámetros de corte y tiempos de mecanizado

Parámetros de corte az = avance por diente [mm/rev] Z = número de dientes av = az Z avance por vuelta[mm/rev] N: número de revoluciones por minuto [rpm] p: profundidad de corte o pasada de pasada [mm] Va = aV N velocidad de avance (mm/minuto) D: diámetro de la fresa

1000c

DNv

Parámetros de la viruta em = espesor medio p = profundidad b = ancho de pasada S = sección de la viruta

m z

pe a

D

360 zm

a be

D

Sección de la viruta S = em b

Fresado frontal Fresado periférico

Sección de la viruta S = em p

aQ pbv

p

p

b

za

za

av

me

av


c

a Z

L L LT

v a N a z N

Tiempo para 1 pasada en profundidad:

Longitud de una pasada sencilla: Lp + diámetro de fresa

Tc se calcula en forma análoga para otras operaciones

tangenciales.


Fresado tangencial

Fresado frontal

c

a Z

L L LT

v a N a z N

L = longitud recorrida por la fresa

p

p

b

za

za

av

me

av


Fuerzas y potencias de corte

Potencia de corte Es función de (material, Φ, Z , geometría) y de las condiciones de corte (p, a, vc)

s s aP K Q K p b v

Energía específica de corte Ks Se consulta en tablas Se ajusta en función de la geometría de la herramienta Es función del espesor medio de la viruta

M

PP

Potencia del motor

Fuerzas de corte Son variables en dirección y sentido Vibraciones Deformaciones en las piezas y herramientas Problemas de sujeción de piezas y

herramientas Se trabaja con valores medios Se supone espesor de la viruta constante

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Gegenlauffr%C3%A4sen.GIF

//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/Gleichlauffr%C3%A4sen.GIF


Taladrado

• Movimiento fundamental de avance: Rectilíneo En general la herramienta

• Movimiento fundamental e corte: Rotatorio En general la herramienta

Ventajas: Corte continuo: estabilidad. Favorable para las herramientas

Problema fundamental: Extracción de la viruta del agujero (el material se arranca en el fondo)


Taladrado

Tipos:

Taladradoras sensitivas.

Taladradoras de columnas.

Taladradoras radiales.

Taladradora de husillos Múltiples.

Centros de mecanizado

CNC.

• Taladradoras: disponen de un mayor o menor número de grados de libertad en función de la versatilidad buscada

• También pueden realizarse operaciones de taladrado en tornos y fresadoras


Taladrado

Materiales

La mechas se pueden construir con los siguientes materiales:

Acero Rápido (HSS): para taladrar aceros de baja a mediana dureza

Acero Rápido reforzado con tungsteno (HSS M2): Más resistente que el anterior, perfora aceros aleados de alta resistencia. Es una opción más económica frente a las mechas de cobalto 5%.

Acero Rápido con Cobalto 5% (HSS Co 5%): El acero rápido es reforzado con cobalto al 5% para obtener un mejor rendimiento frente a materiales duros de mecanizar.

Acero Rápido con Cobalto 8% (HSS Co 8%): En este caso, el refuerzo en el HSS llega al 8% para conseguir la más alta resistencia térmica según la norma americana M 42.

Metal Duro (carburo de tungsteno): Es cada vez más empleado como material de herramientas de corte giratorias, pues posee ventajas que lo destacan frente al acero rápido, como ser su dureza, resistencia al desgaste y al calor, su rigidez y mejor filo de corte.


Taladrado


Rectificado

Operación con muela, múltiples filos, arranca virutas cortas y delgadas, logra superficies con acabado, forma y precisión dimensional en general superiores al torneado, cepillado o fresado.

Elementos cortantes: granos abrasivos de múltiples puntas y aristas. Cada grano es un filo de los muchos que actúan a la vez

Muela: sólido de revolución moldeado, con granos distribuidos uniformemente, unidos mediante material ligante.

Formas clásicas: a) Cilíndrica; b) De disco y c) De copa.

Otras formas: segmentos renovables montados en soportes, granos adheridos a telas, bandas abrasivas, cepillos giratorios.

Granos en suspensión en un fluido

Otros procesos abrasivos: superacabado, bruñido, lapidado


Características de la muela

Tamaño de grano

Tipo de abrasivo

Grado de dureza

Estructura


Tipos de abrasivos

• Naturales: cuarzo, sílice, esmeril, corindón. Los 2 últimos: 50 a 65%, y 70 a 90% Al2O3 Impurezas falta de uniformidad en las muelas. Aplicación decreciente

• Artificiales: De preferente empleo. Alúmina (Al2O3) ; Carburo de Silicio (CSi); Nitruro de Boro cúbico (CBN); Diamante negro (CBo).

• Al2O3 (alundum): Horno eléctrico, enfriamiento, triruración. Dureza menor al CSi, menos frágil. Para mats. alta resistencia: aceros, HºFº maleable, bronces tenaces, etc.. Color blanco: de “corte frío”

• CSi (Carborundum): Horno eléctrico. Mas duro y frágil, no apto para mats. alta resistencia. Apto para HºFº, bronce, latón, Al, Cu y no metales (caucho, mármol, granito, vidrio, etc.)

• Carburo de silicio verde: afilar herramientas de metal duro, evita el embotado de las muelas se hacen con ligantes blandos.

• CBN: se recomienda para aleaciones difíciles de rectificar con abrasivos corrientes, como aceros y fundiciones

50HRc, y aleaciones de Ni y Co 35 HRc • Diamante: máxima dureza. Piedras claras y transparentes (mas puros), a coloreadas (con impurezas), y opacas

(diamantes industriales). Para repasar muelas y cortar materiales resistentes: vidrios, piedras, cerámicos, y metal duro. Grano muy fino. Se aplica en capas de 1/32“ hasta 1/8“adheridas sobre soportes (discos de acero o núcleos de otros materiales aglomerados). Alto costo, para ciertos trabajos se justifica su empleo, pues reduce tiempos y mejora el acabado (afilado herramientas cerámicas, metal duro, y materiales ultraduros).


Tamaño del Grano

Grano 8

Grano 60

Granos grandes: virutas mayores que los pequeños.

Granos grandes: huellas sobre la pieza más bastas

Granos finos: mejor terminación superficial

Tamaño del grano: definido por la malla del tamiz por la cual

pasa libremente. Ej: el No 60 pasa por malla de 60 aberturas por

pulg. de lado, que cuenta con 3600 aberturas por pulg2.

Ej: grano No 20 más grueso que No 40.

Granos extrafinos (polvos): se designan por su tiempo de

decantación en agua. Más finos: mayor tiempo de decantación.

GRUESO MEDIO FINO MUY FINO

8 30 70 220

10 36 80 240

12 46 90 280

14 54 100 320

16 60 120 400

20 150 500

24 180 600

Tamaños de grano (ISO 525-1975E y ANSI B74.13-1977)


Grado o Dureza

Se refiere a la tenacidad del ligante. Mayor dureza o grado exigirá mayor fuerza sobre el grano desprenderlo de la muela. Con la dureza bien seleccionada, la muela se autoafilará adecuadamente, dejando desprender los granos embotados (desgastados) y exponiendo granos nuevos. Naturaleza del ligante muela de grado duro o blando Un grado dado, puede aparecer como duro para rectificar un material, y blando para otro. Un mismo ligante puede comportarse desde blando a duro según características y valores de otros factores del proceso: naturaleza de la operación, área de contacto, velocidad de la muela, avance por vuelta, características de la máquina empleada, etc. En general: cuanto mas duro es el material a rectificar, el grado de dureza debe ser mas blando, y viceversa. Las normas ISO y ANSI clasifican el grado de las muela desde blando a duro, con designación mediante letras mayúsculas:

Blando Medio Duro A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z


Tipo de ligantes

Vitrificados: cerámicos (arcilla y feldespato). La muela se moldea y se hornea. Fuertes, rígidos y porosos, alta capacidad de corte. Su fragilidad no es apto para muelas delgadas, aunque si de gran tamaño. Resisten choque térmico, a temperaturas ordinarias no son atacados por el agua, ácidos ni aceites. Se aplican para 80% de las muelas Silicatos: silicatos de sodio horneados, algo más blandos. Para trabajos finos en los que debe evitarse alta temperatura de la pieza. Para afilado de herramientas de corte Resinas: compuestos sintéticos, más elásticos, aptos para muelas de gran tamaño. Cubren amplia gama de dureza, en las de grano fino y grueso con variada porosidad. Admiten altas veloc. Caucho: vulcanizados duros, muy tenaces y flexibles. Para muelas delgadas y cuando se requiere buen acabado. Goma laca: para acabados lisos en superficies duras: árboles de levas, cilindros de laminación, etc. También para corte en frío de aceros de herramientas y secciones delgadas. Códigos ISO: V: Vitrificado S: Silicato B: Resina sintética E: Goma laca R: Caucho vulcanizado RF: caucho reforzado con tejido BF: Resina sintética reforzada


Marcado de las Muelas

Codificación impresa en las etiquetas, de la muela, como identificación. Características del marcado, con letras y números (norma ISO). Cada característica ocupa una “Posición”.

Ejemplo de marcado:

PREFIJO

POSICION POSICION POSICION POSICION POSICION POSICION

1 2 3 4 5 6

51 A 46 P 7 V 19

Prefijo: número que da la fábrica, tipo exacto del abrasivo usado (información opcional). Posición 1: naturaleza del abrasivo, A y C son Al2O3 y SiC Posiciones 2, 3, 4 y 5: tamaño de grano, grado, estructura y tipo de ligante Posición 6: número privado del fabricante, identificación total de la muela, facilita la gestión del pedido para reposición (posición opcional).


Forma normalizadas de muelas Norma ANSI B74.2-1974 (perfiles de muelas de uso industrial). Cada perfil presenta variedad de dimensiones.

Los 9 tipos de perfiles normalizados Muelas planas o de disco (tipos Nº 1, 5 y 7): rectif. interior, exterior, afilado htas., amolado manual,

eliminación de aletas, mazarotas e imperfecciones de colada y forja

Nª 1 Plana Nº 5 Plana, una cara vaciada Nº7 Plana, ambas caras vaciadas

Muelas cilíndricas (tipo Nº 2): rectificado plano Muelas bicónicas (tipo Nº 4): desbarbado, variante de las Nº 1 Muelas de copa recta (tipo Nº 6): rectificado plano Muelas de copa cónica (tipo Nº 11): afilado de herramientas Muelas de plato y platillo (tipos Nº 12 y 13): afilado de sierras circulares y de cinta

Nº 2 Cilíndrica

Nº 6 Copa recta Nº 11 Copa cónica

Nº 4 Bicónica

Nº 12 De plato Nº 13 De platillo


Caras de las muelas y muelas montadas

Formas normalizadas de caras (perfil) Muelas montadas

Caras de las muelas: tipos de muela planas No 1, 5 y 7 . Formas normalizadas de la cara (perfil)

Muelas montadas: tamaño pequeño, para rectificar interiores, sobretodo en sitios difíciles de alcanzar.


FACTOR Influye sobre:

MATERIAL A RECTIFICAR

• Tipo de abrasivo • Tamaño de grano • Grado • Estructura • (Aglomerante)

PRECISION Y ACABADO

• Tamaño de grano • Aglomerante

AREA DE CONTACTO

• Tamaño de grano • Grado • Estructura

NATURALEZA DE LA OPERACION • Tipo de aglomerante

VELOCIDAD DE LA MUELA • Grado • Tipo de aglomerante

AVANCE POR VUELTA • Grado

ESTRUCTURA DE LA MAQUINA • Grado

MODO DE ACTUAR DE OPERARIO • Grado

C

O

N

S

T

A

N

T

E

S

V

A

R

I

A

B

L

E

S

+ +

e máx

Vp

Vm

PIEZA

MUELA

Avance por vuelta (presión de rectificado)

Factores que intervienen en la selección de una muela


Velocidades recomendadas

CLASE DE RECTIFICADO VELOCIDAD DE LA MUELA

[m/min]

Rectificado de herramientas y cuchillas 1350–1800

“ “ exteriores cilíndrico 1650–1950

“ “ interiores cilíndrico 600–1800

“ “ superficies planas 1200–1800

“ húmedo de herramientas 1500–1800

Muelas de tronzar de caucho, resina y goma laca 2700– 4800 (x)

(x) Usar las velocidades altas del rango, solo si los cojinetes, rigidez de la máquina y dispositivos de protección se encuentran en condiciones adecuadas.

La velocidad periférica de la muela [m/min] incide en el comportamiento en el rectificado.

Velocidad de muela muy baja comportamiento blando, pérdida rápida de granos

Velocidad de muela muy alta comportamiento duro, “vitrificado” y riesgo de rotura.

Seguir las recomendaciones del fabricante (además suministra datos de Vmáx y Vadm)


Clases de rectificado

CILÍNDRICO O

CÓNICO

EXTERIOR

INTERIOR

CON AVANCE LONGITUDINAL

CON AVANCE EN PENETRACIÓN

DE SUPERFICIES PLANAS

CON MUELA TANGENTE CON FLANCO REBAJADO CON MUELA DE COPA

SIN CENTROS


Rectificado cilíndrico y cónico de exteriores, avance longitudinal

Varias pasadas pequeñas, con avances

intermitentes de penetración en cada una.

Para espesor a quitar 0,25 mm: Muela en posición radial fija, pasada única, rectificando todas las piezas de un lote en la misma posición salvo correcciones para compensar el desgaste de la muela

Rectificado cónico: la mesa portapieza se inclina el semiángulo del cono respecto al eje de la muela.

PIEZA

MUELA Avance intermitente

de penetración

Avance continuo longitudinal

Varias pasadas pequeñas, con avances intermitentes de penetración en c/u.

Rectificado interior cónico: la mesa portapieza también debe inclinarse el semiángulo del cono con respecto al eje de la muela.

MUELA

PIEZA

Avance intermitente de penetración

Avance continuo longitudinal

Rectificado cilíndrico y cónico de interiores, avance longitudinal


Rectificado cilíndrico exterior e interior c/avance de penetración

No hay avance de la pieza, solo avance continuo de penetración de la muela.

La muela opera como herramienta giratoria de forma.

El rectificado es aquí cilíndrico, solo cuando la muela tiene la cara cilíndrica.

Si la dimensión axial de la muela es menor que la de la pieza, la operación resultante es una entalla.

Si la dimensión axial de la muela es mayor que la pieza, se obtiene un cilindrado con libre entrada y salida.

Avance continuo de penetración

MUELA

PIEZA PIEZA

MUELA Avance continuo de penetración

entalla

Avance continuo de

penetración PIEZA

MUELA

Avance continuo de

penetración

PIEZA

MUELA


Rectificado de superficies planas con muela tangente

Avance lateral intermitente Avance transversal continuo

+

b

ai

a

Avance de penetración intermitente

+

b

Avance transversal continuo

Superficies (a . b)

Mediante franjas (ai . b)

Superficies limitadas (Ranura = espesor muela)

Sin avance lateral


Rectificado plano con muela de copa

Muela en trabajo frontal.

Dm a : rectificado por franjas

Dm a: no se requiere el avance lateral

Planitud inferior al rectificado tangencial

(¿ortogonalidad husillo-mesa?)

Avance transversal continuo

Avance de penetración intermitente

+

Avance lateral intermitente

MUELA DE COPA

a

PIEZA avance

CALIBRE

HERRADURA

MUELA

Planos a rectificar

Aplicación mas frecuente: superficies

planas pequeñas, o al menos pequeña

una de las dimensiones del plano.

Generalmente solo se necesita

utilizar un solo sentido de avance.

Rectificado plano con muela de flanco

rebajado


Rectificado sin centros

C A B

+ +

A B

D

C

Muela operadora Muela de regulación

Regla soporte

D

La pieza D no necesita centros, se toma entre puntos

Pieza D entre muelas (flotación permanente), y regla soporte C

Muela operadora A (cilíndrica): acción de rectificado

Muela de regulación B (cóncava): avance de la pieza

Características

Alimentación continua de piezas, posible alimentación automática.

La pieza no flexiona bajo la acción de corte.

La pieza no está sometida a compresión, ausencia de posible pandeo.

Errores colocación y ajuste por desgaste de muela 50% (se quita material en d, no en r).

Menos partes móviles, y superficies sometidas a desgaste, mantenimiento simple.

Aplicaciones

Piezas cilíndricas, cortas y de diámetro pequeño (difíciles de trabajar entre puntos).

Piezas cilíndricas, largas y esbeltas, porque no están sometidas a flexión.

Ejemplos clásicos: pernos, rodillos, casquillos, anillos, ejes, etc.


El mecanizado de una pieza involucra una sucesión de tareas y operaciones:

Preparación de la máquina-herramienta

Preparación de las herramientas de corte

Mecanizado propiamente dicho: tiempos productivos (corte efectivo) y tiempos improductivos

Tiempos improductivos: colocación y retiro de la pieza y herramientas, maniobras de reglaje, cambios de herramientas, cambios de marcha, tomas de medida, cambios de posición de la pieza, etc.. Hay datos orientativos para estimar estos tiempos

Tiempos productivos: pueden conocerse mediante cálculo, cuando se definen a priori los valores de los datos de corte: Vc, a, p

Tiempos de mecanizado


Economía del mecanizado

La economía en un proceso de mecanizado está ligada a los parámetros de corte y al tipo de herramienta que se fijen para dicho proceso

Con velocidades pequeñas el tiempo de mecanizado es grande, mientras que si las velocidades son elevadas, la vida de la herramienta disminuye considerablemente

Se trata de analizar y calcular las velocidades de corte teniendo en cuenta la vida de la herramienta y la productividad

1000c

D NV [m/min] 1000 cV

ND

[r. p. m]


Esta teoría se basa en el cálculo de la velocidad de corte para una duración establecida de la herramienta entre dos afilados consecutivos. Taylor para ello realiza una serie sistemática de larguísimos ensayos, haciendo intervenir doce parámetros de corte V: velocidad de corte. T: vida de la herramienta.

n: depende del material de la herramienta y pieza, se puede calcular realizando dos ensayos análogos

en los que la única variación permitida sea la V y como consecuencia T. Tendremos dos pares de valores y que nos permiten despejar n.

K: es una constante que engloba todos los factores que han permanecido fijos durante el ensayo y expresa la velocidad de corte para una duración de la herramienta de un minuto y para los valores fijados en el ensayo


KTVTVTV nnn

2211

log V

Lo

g T

Teoría de Taylor

n x yV T p a C

Interviniendo además la profundidad de corte y el avance


Economía del mecanizado Teoría de Denis

Las experiencias de Denis son menos precisas que las de Taylor pero demuestran de forma gráfica la necesidad de elegir una velocidad de corte entre unos límites. Vamos a calcular la velocidad de corte relacionada con el volumen de viruta que eliminamos entre dos afilados consecutivos. En ella van a influir diversos parámetros. Para ver que influencia ejercen sobre el mecanizado realizaremos unos estudios en los que se fijan todos excepto el que queremos estudiar y construimos unos gráficos. En abscisas se podrá la velocidad de corte (dm/min) y en ordenadas el caudal de viruta arrancado entre dos afilados consecutivos (dm3).

En los gráficos podemos distinguir tres velocidades de interés:

V0 → Velocidad de mínimo desgaste. Se da cuando alcanzamos Qmax que llamamos Q0 Vl → Velocidad límite. Se da cuando Q = 0. Toma distintos valores según sea la herramienta. Vp → Velocidad práctica límite.

Las velocidades aptas para el mecanizado serán las que estén comprendidas entre V0 y Vp.



Material de la herramienta

Material de la pieza

Máquina empleada Influencia de la refrigeración


Ley de rendimiento constante

Q ≡ Volumen de viruta entre dos afilados consecutivos dm3 a ≡ Avance en dm/rev. p ≡ Penetración en dm. V ≡ Velocidad de corte en dm/min. T ≡ Tiempo entre afilados en min.

El rendimiento de una herramienta es el volumen de viruta en dm3 que esta puede

arrancar entre dos afilados consecutivos. Se denota por Q y Q0 lo tendremos como ya vimos antes cuando estemos en V0.

Se calcula como: Q = a · p · V · T

Cuanto mayor es la sección de la viruta (manteniendo los demás factores

constantes) mayores son los esfuerzos de corte y el calor generado y menor es la vida de la herramienta



Condiciones de corte son función de :

Penetración , avance , velocidad de corte

La penetración viene definida por el volumen de metal que hay que arrancar.

El avance en operaciones de acabado depende del acabado superficial que se va a dar

En desbaste se elige el máximo avance posible. Determinaremos la velocidad de corte:

↑ Vcorte → ↓ tproducción → tmecanizado → ↑ Costes

→ Cambio frecuente de herramienta → ↑ tproducción

Ante estos dos comportamientos se busca el óptimo. Habrá dos situaciones :

Producir con el mínino coste: Ccoste mínimo

Producir en el mínimo tiempo: tproducción mínimo

La combinación de ambas dará la situación de Máximo Beneficio.

( )pC f V

( )pt f V



Velocidad de mínimo coste

Partimos de Vcorte = cte (ej: cilindrado) Produzco N piezas, defino:

Tiempo no productivo = N∙ tnp Tiempo de corte = N ∙ tc Tiempo de cambio = N ∙ trf Nah = Número de filos o usados para construir N piezas trf = Tiempo de reposición del filo X = Gasto del operario y de la maquina por unidad de tiempo (€/min) Y = Coste por afilado o coste de la herramienta V1, T1, = velocidad de corte y tiempo de afilado en unas condiciones

)( YtX

N

NahtXtXC rfcnpp

1 rf

mc

X t YnT

n X1

11 ( )

n

mc

rf

X TnV V

n X t Y



Velocidad de máxima producción o de mínimo tiempo de producción

N/ t· N t t t rfahcnpp

n

1mp 1V ·

(1- ) rf

TnV

n t

(1- ) · mp rf

nT t

n

nmbnp

rdmb

T

T

VSn

KY

S

Yttn

nT

11

1

p

p

t

CSB

Velocidad de máximo beneficio

Tema 3 Procesos de Fabricación II(2)

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