Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez.

Ingeniería Mecánica.

Procesos de Manufactura.

M. en C. Roberto Carlos García Gómez

Unidad 3: Teoría de corte en metales. teoría de cortes de metales Con su básica combinación de energía y movimiento, las máquinas utilizadas en la industria han sido motivo de diferentes esfuerzos teóricos, destinados a clasificarlas y conocerlas según sus diferentes características o patrones de funcionamiento. Convertidas en pieza esencial del desarrollo económico y hasta de la visión contemporánea de la vida, las máquinas han dado nueva forma a las actividades humanas y al desarrollo científico y tecnológico. No es difícil remontarse a los tiempos anteriores a la Revolución Industrial y tratar de valorar los cambios derivados de inventos tan dramáticos como las máquinas de vapor y de combustión interna o la generación de electricidad. En poco más de 150 años, el mundo ha dado un vuelco tan grande y ha generado avances tan acelerados como probablemente no se hayan dado en muchos milenios de historia. Y aun deben considerarse los desarrollos recientes y por venir, que ya han sometido al “siglo de las máquinas” para convertirlo en el “siglo de la electrónica”. Una forma sencilla de abordar este tema, es considerar a las máquinas a partir de dos procesos básicos de manufactura: uno que permite formar una pieza sin desprender material y otro conocido como “de arranque de viruta”, es decir, que busca quitar cierta porción del material original para obtener una pieza nueva. El primer proceso puede referirse a prensas, forjas, inyección o soplado de plásticos, formado en frío y en caliente, así como troquelados, y también asociarse a procesos de ensamble y soldadura, a partir de los cuales se obtiene un producto nuevo con el mismo material inicial.

En los procesos con arranque de viruta se puede partir de un trozo de madera, hierro, aluminio y otros materiales, del cual las máquinas desprenden el “sobrante” para obtener una nueva forma. Es la aplicación típica de los tornos y las fresadoras, los taladros radiales o de banco, las mandrinadoras, etcétera. Por usos y costumbres, a este tipo de equipos por arranque de viruta se le conoce extensamente como máquinas herramienta. Obviamente, en muchas ocasiones, estos procesos de formación y desbaste se utilizan en forma simultánea o consecutiva: el monoblock de un motor se puede fabricar por fundición a partir de moldes y metal en estado líquido, pero en la situación actual de la tecnología, este sistema tiene un alto grado de imprecisión, algo particularmente crítico en superficies funcionales como las camisas donde se introducen los pistones. Estas precisiones dimensionales, entonces, se deben alcanzar en un proceso posterior por arranque de viruta, conocido como maquinado. En función de los procesos utilizados y las tecnologías disponibles, técnicos e industriales seleccionan y utilizan diferentes equipos y máquinas herramienta. En la actualidad ya se diseñan los llamados centros de maquinado, instalaciones que realizan en forma simultánea tareas de taladrado y fresado. Máquina Herramienta: Son máquinas no portables que operadas por una fuente de energía exterior conforman los materiales por arranque de viruta, abrasión, choque, presión, técnicas eléctricas, ..., o una combinación de ellos.

Movimientos fundamentales: •Movimiento fundamental de corte (Mc) •Movimiento de avance (Ma)

Clasificación de las herramientas de corte

Las herramientas se pueden clasificar de diferentes maneras, las más comunes responden a el número de filos, el material del que están fabricadas, al tipo de movimiento que efectúa la herramienta, al tipo de viruta generada o al tipo de máquina en la que se utiliza. A continuación se presenta un ejemplo de algunas herramientas y como pueden ser agrupadas para su clasificación.

Ejemplo de diferentes clasificaciones

DE ACUERSO AL NÚMERO DE FILOS

a. De un filo, commo los buriles de corte de los tornos o cepillos. b. De doble filo en hélice, como las brocas utilizadas para los taladros. c. De filos múltiples, como las fresas o las seguetas indefinidos (esmeril)

DE ACUERDO AL TIPO DE MATERIAL CON QUE ESTÁN FABRICADAS

WS. Acero de herramientas no aleado. 0.5 a 1.5% de contenido de carbón. Soportan sin deformación o pérdida de filo 250°C. También se les conoce como acero al carbono. SS. Aceros de herramienta aleados con wolframio, cromo, vanadio, molibdeno y otros. Soporta hasta 600°C. También se les conoce como aceros rápidos. HS. Metales duros aleados con cobalto, carburo de carbono, tungsteno, wolframio y molibdeno. Son pequeñas plaquitas que se unen a metales corrientes para que los soporten. Soportan hasta 900°C. Diamante. Material natural que soporta hasta 1800°C. Se utiliza como punta de algunas barrenas o como polvo abrasivo. Materiales cerámicos. Se aplica en herramientas de arcilla que soportan hasta 1500°C. Por lo regular se utilizan para terminados.

POR EL TIPO DE MOVIMIENTO DE CORTE

Fijo. La herramienta se encuentra fija mientras el material a trabajar se incrusta debido a su movimiento. Por ejemplo los tornos, en los que la pieza gira y la herramienta está relativamente fija desprendiendo viruta. Contra el material. La herramienta se mueve en contra del material, mientras este se encuentra relativamente fijo, como en los cepillos. En contra dirección. La herramienta y el material se mueven un en contra una del otro, como en el esmerilado sobre torno.

POR EL TIPO DE VIRUTA QUE GENERA

Viruta continua, en forma de espiral. En forma de coma. Polvo sin forma definida.

POR EL TIPO DE MÁQUINA EN LA QUE SE UTILIZA

Torno Taladro Fresa Cepillo Broca

Útiles para el torno

Conocidos como buriles o cuchillas de corte, los que pueden estar ubicados en torres, puentes de sujeción o fijadores múltiples. También pueden estarfabricadas de un material barato y tener una pastilla de material de alta calidad.

Pastillas para buriles de corte en torno

Torno con chuck de tres mordazas y torre para 4 herramientas

Los buriles se pueden clasificar de acuerdo a su uso, los principale son: Útiles de desbaste: rectos: derechos e izquierdos curvos: derechos y curvos Útiles de afinado: puntiagudos cuadrados

Útiles de corte lateral derechos izquierdos Útiles de forma corte o tronzado forma curva roscar desbaste interior

Las herramientas de corte deben poseer ciertas caracteristicas específicas, entre las que se destacan: resistencia mecánica, dureza, tenacidad, resistencia al impacto, resistencia al desgaste y resistencia a la temperatura (porque en un proceso de mecanizado con herramientas tradicionales tºherramienta > tºpieza > tºviruta ; con herramientas más avanzadas se logra concentrar el aumento de temperatura en la viruta). La selección de la herramienta de corte va a depender de la operación de corte a realizar, el material de la pieza, las propiedades de la máquina, la terminación superficial que se desee, etc.

Para cumplir con cada uno de estos requerimientos han surgido herramientas formadas por diferentes aleaciones. Los materiales para las herramientas de corte incluyen aceros al carbono, aceros de mediana aleación, aceros de alta velocidad, aleaciones fundidas, carburos cementados, cerámicas u óxidos y diamantes.

Materiales para herramientas de corte

Los materiales duros se han usado para cortar o deformar otros metales durante miles de años. Si embargo, en los últimos 150 años se han inventado o desarrollado mejores materiales. Por lo general, a medida de que se descubrieron mejores materiales, se construyeron máquinas herramientas más grandes y potentes con las que se pudo producir piezas con mayor rapidez y economía.

1. Aceros al alto carbón

Los aceros al alto carbón o carbono, se han usado desde hace mucho tiempo y se siguen usando para operaciones de maquinado de baja velocidad o para algunas herramientas de corte para madera y plásticos. Son relativamente baratos y de fácil tratamiento térmico, pero no resisten usos rudos o temperaturas mayores de 350 a 400 °C . Con acero al alto carbono se hacen machuelos, terrajas, rimas de mano y otras herramientas semejantes. Los aceros de esta categoría se endurecen calentándolos arriba de la temperatura crítica, enfriándolos en agua o aceite, y templándolos según se necesite. Cuando se templan a 325 °F la dureza puede llegar hasta 62-65 Rockwell C. Las herramientas de corte de acero al alto carbón se nitruran con frecuencia a temperaturas que van de 930 a 1000 °F (500-540 °C) para aumentar la resistencia al desgaste de las superficies de corte, y reducir su deterioro.

Nótese que las herramientas de corte de acero al alto carbón endurecido deben mantenerse frías mientras se afilan. Si aparece un color azul en la parte que se afila, es probable que se haya reblandecido la herramienta y el filo no soporte la fuerza que se genera en el corte.

2. Acero de alta velocidad

La adición de grandes cantidades de Tungsteno hasta del 18%, a los aceros al carbono les permite conservar su dureza a mayores temperaturas que los aceros simples al carbón, a estos aceros con aleación de menor del 20% de Tungsteno se les conoce como aceros de alta velocidad. Estas herramientas mantienen su filo a temperaturas hasta de 1000 a 1100 °F (540-590°C), lo que permite duplicar, en algunos casos, su velocidad de corte. También aumentan la duración y los tiempos de afilado, con todas estas ventajas se logró el desarrollo de máquinas herramientas más poderosas y rápidas, lo que generó mayor productividad. El acero Básico 1841 (T-1) contiene el 10.5% de tungsteno, 4.1% de cromo, 1.1% de vanadio, de 0.7 a 0.8 % de carbono, 0.3 % de manganeso, 0.3% de silicio y el resto de hierro. Se han desarrollado variantes de esta aleación, las cuales tienen cobalto y de 0.7 a 0.8 % de molibdeno. Al aumentar el contenido de vanadio al 5%, se mejora la resistencia al desgaste. Los aceros de afta velocidad al tungsteno tienen hasta 12%, 10% de cobalto, en ese caso se llaman aceros de super alta velocidad o aceros de alta velocidad al cobalto, porque aumenta la resistencia al calor. Los aceros de alta velocidad al molibdeno contienen tan solo de 1.5 a 6.5 % de tungsteno, pero tienen de 8 a 9 % de molibdeno, 4 % de cromo y 1.1 % de vanadio, junto con 0.3% de silicio e igual cantidad de manganeso, y 0.8% de carbón. Los aceros de alta velocidad al molibdeno - tungsteno, que también se conocen como aceros 55-2, 86-3 y 66-4, contienen aproximadamente 6 % de molibdeno, 6 % de tungsteno y vanadio en proporciones que van del 2 al 4 %, aproximadamente. Los aceros de alta velocidad se usan para herramientas de corte de aplicación a materiales tanto metálicos como no metálicos.

3. Aleaciones coladas El término aleación colada o fundida se refiere a materiales constituidos por un 50% de cobalto, 30% de cromo, 18% de tungsteno y 2% de carbono. Las proporciones de esos metales no ferrosos varía, pero el cobalto es el material dominante y las herramientas hechas de estas aleaciones, con frecuencia se les llama "Stellite", permanecen duras hasta 1500 °F. Su dureza aproximada es 60 a 62 Rockwell C. Esta herramientas se funden y moldean a su forma. Por su capacidad de resistir calor y abrasión, las aleaciones coladas se usan para ciertas partes de motores y turbinas de gas, y para herramientas de corte. También son muy resistentes a la corrosión y permanecen tenaces hasta 1500 °F (815 °C), pero son más frágiles que los aceros de afta velocidad. También se les conoce como herramientas de carburo sintetizado, son capaces de trabajar a velocidades de corte hasta tres veces las del acero de alta velocidad. El ingrediente principal es el polvo de carburo de tungsteno, que se compone del 95 % de tungsteno y 55 de carbono finamente pulverizados. Estos dos materiales se calientan y se combinan, formando partículas extremadamente duras de carbono y tungsteno. Este carburo se mezcla con un 5 a 10 % de cobalto en polvo, que funciona como aglomerante, y una pequeña cantidad de parafina. La mezcla a la que también se le puede agregar un poco de carburo de titanio para variar las características de la herramienta. La herramienta se presinteriza calentándola a 1500 °F para quemar la cera. A continuación se sintetiza a 2500- 2600 °F. En este punto el cobalto se funde y funciona como aglomerante formando una matriz que rodea las partículas de carburo, que no se funden. La cantidad de cobalto que se usa para aglomerar los carburos afecta la tenacidad y resistencia al choque, pero no san tan duras. Las herramientas de carburo se dividen en dos categorías principales. Una de ellas se compone de las de carburo de tungsteno simple que son duras y tienen buena resistencia al desgaste. Son las más adecuadas para maquinar fierro colado, metales no ferrosos y algunos materiales no metálicos abrasivos. Los tipos más duros de carburos también se pueden emplear para dados de herramientas y otras aplicaciones en las que sea importante la resistencia al desgaste y los choques impuestos sean pequeños.

La segunda categoría (clase 58) comprende las combinaciones de carburo de Tungsteno y de titanio. Esos carburos se usan por lo general para maquinar acero, son resistentes a despostillamiento, que es un problema serio cuando se usa carburo de tungsteno para maquinar acero.

4. Herramientas de cerámica

Las herramientas de cerámica para corte se fabrican con polvo de óxido de aluminio, compactado y sintetizado en formas de insertos triangulares, cuadrados o rectangulares. Se pueden sintetizar sin aglomerante o con pequeñas cantidades de algún vidrio. Se han estado usando durante tan solo de 30 a 35 años y no se pueden emplear con eficacia en máquinas herramientas de baja potencia. Se necesitan máquinas muy rígidas y de gran potencia para aprovechar la resistencia al calor dureza de estos materiales. Las herramientas de cerámica son muy duras, y son químicamente Inertes, pero son más frágiles o quebradizas que los carburos u otros materiales. Los Insertos de cerámica para herramienta se pueden fabricar con los métodos de prensado en frío o prensado en caliente, las herramientas prensadas en frío se compactan a una presión de 40,000 a 50,000 psi y a continuación se sintetizan a temperaturas de 2000 a 3000 °F (1,100 a 1,650 °C). Los insertos de cerámica prensados en caliente se sintetizan estando a presión, y son más densos. La resistencia a la compresión de las herramientas de cerámica es muy alta, y tienen baja conductividad térmica. Como son bastante frágiles, deben estar muy bien soportadas en portaherramientas, porque se pueden romper o dañar con facilidad si la máquina vibra. Las herramientas de cerámica son muy resistentes al desgaste, y en la máquina adecuada se pueden trabajar al doble de la velocidad de corte que las en las máquinas con herramientas de carburo. En algunos casos, hasta se pueden trabajar a mayores velocidades. Las herramientas de cerámica no se deben utilizar para cortes interrumpidos. En los últimos años los diamantes se han usado más como herramientas de corte de punta, son particularmente eficaces cuando se usan con alto contenido de silicio. Un ejemplo de la utilización eficaz de los diamantes es la producción en masa de los pistones para automotores, con ello se ha logrado aumentar notablemente la cantidad de piezas fabricadas con

grandes tolerancias de control. Aunque los diamantes como herramientas son caros la producción masiva y su alto grado de precisión los justifica. Una condición grave es cuando se provoca el choque térmico al introducir bruscamente la herramienta en líquidos enfriados después de elevar su temperatura durante el afilado.

Fluidos de corte Durante el proceso de maquinado se genera fricción y con ello calor, lo que puede dañar a los materiales de las herramientas de corte por lo que es recomendable utilizar fluidos que disminuyan la temperatura de las herramientas. Con la aplicación adecuada de los fluidos de corte se disminuye la fricción y la temperatura de corte con lo que se logran las siguientes Ventajas económicas

o Reducción de costos

o Aumento de velocidad de producción

o Reducción de costos de mano de obra

o Reducción de costos de potencia y energía

o Aumento en la calidad de acabado de las piezas producidas

Características de los líquidos para corte

o Buena capacidad de enfriamiento o Buena capacidad lubricante o Resistencia a la herrumbre o Estabilidad (larga duración sin descomponerse) o Resistencia al enranciamiento o No tóxico o Transparente (permite al operario ver lo que está

haciendo) o Viscosidad relativa baja (permite que los cuerpos

extraños la sedimentación) o No inflamable

Fluidos más comunes para corte

Fluido Características

Aceite Activo para corte

Aceites minerales sulfurados (0.5 a 0.8% de S) Aceites minerales sulfoclorinados (3% S y 1% Cl Mezclas de aceites grasos sulfoclorinados (más del 8% de S y 1% Cl)

Aceites de corte inactivos (no se descomponen)

Aceites minerales simples Aceites grasos o animales Mezclas de aceites animales y minerales Mezclas de aceites animales y minerales sulfurados

Aceites emulsificantes (solubles)

Aceites minerales solubles al agua. Contienen un material parecido al jabón que permite la dilusión en el agua se agregan de los concentrados de 1 a 5 partes de concentrado por cada 100 partes de agua.

Fluidos sintéticos para el corte

Emulsiones estables que contienen un poco de aceite y se mezclan con facilidad con el agua. Existen varios tipos de fluidos sintéticos para corte, los mejores son aquellos conocidos como de alta precisión y funcionan con reacciones químicas de acuerdo con el material que estén enfriando.

Para conocer las aleaciones de aceros para herramientas hay que saber las funciones que cumplen cada uno de los elementos que forman la aleación. El resumen de estas características se entrega en el cuadro 2. Los elementos se agregan para obtener una mayor dureza y resistencia al desgaste, mayor tenacidad al impacto, mayor dureza en caliente en el acero, y una reducción en la distorsión y pandeo durante el templado.

Cuadro 2

Elemento Cantidad Propiedades

Carbono, C 0,6 % - 1,4 % - Forma carburos con el hierro.

- Aumenta la dureza.

- Aumenta la resistencia mecánica.

- Aumenta la resistencia al desgaste.

Cromo, Cr 0,25 % - 4,5 %

- Aumenta la resistencia al desgaste.

- Aumenta la tenacidad.

Cobalto, Co 5 % - 12 % - Se emplea en aceros de alta velocidad.

- Aumenta la dureza en caliente.

- Permite velocidades y temperaturas de operación más altas manteniendo la dureza y los filos.

Molibdeno, Mo

hasta 10 % - Elemento fuerte para formar carburos.

- Aumenta la resistencia mecánica.

- Aumenta la resistencia al desgaste.

- Aumenta la dureza en caliente.

- Siempre se utiliza junto a otros elementos de aleación

Tungsteno, W

1,25 % - 20 %

- Mejora la dureza en caliente.

- Aumenta la resistencia mecánica.

Vanadio, V Aceros al Carbono

0,20 % - 0,5 %

Aceros Alta Veloc.

1 % - 5 %

- Aumenta la dureza en caliente.

- Aumenta la resistencia a la abrasión.

En las herramientas de corte existen varias familias dependiendo del material que se componen, cada una tiene ciertas características de resistencia y puede realizar mejor alguna operación de corte, ver cuadro 3.

Cuadro 3

Herramienta Características Utilización

Aceros al Carbono

Son el tipo de acero más antiguo en herramientas de corte.

Son muy baratos.

Brocas que trabajan a

velocidades relativamente bajas.

Tienen buena resistencia al impacto. Se pueden someter fácilmente a

tratamientos térmicos como el templado, lográndose un amplio rango de durezas.

Se forman y rectifican con facilidad. Mantienen su borde filoso cuando no

están sometidos a abrasión intensa o a altas temperaturas.

Han sido sustituidos por otros materiales.

Machuelos. Escariadores y brochas.

Aceros de Alta Velocidad

Son el grupo con mayor contenido de aleaciones de los aceros.

Conservan la dureza, resistencia mecánica y filo de los aceros.

Empleando los equipos adecuados pueden ser templadas por completo con poco riesgo de distorsión o agrietamiento.

Se templan al aceite.

Taladrar. Escariar. Fresar. Brochar. Machuelar.

Máquinas para fabricar

tornillos.

Aleaciones Fundidas

Mantienen su elevada dureza a altas temperaturas.

Tienen buena resistencia al desgaste.

No se necesitan fluidos de corte.

Se recomiendan para

operaciones de desbaste profundo con velocidades y avances relativamente altos

Sólo se emplean para

obtener un acabado superficial especial.

Carburos Cementados *

Carburo de

Tienen carburos metálicos. Se fabrican con técnicas de

metalurgia de polvos. Tienen alta dureza en un amplio

rango de temperaturas. Elevado módulo elástico, dos o tres

veces el del acero. No representan flujo plástico. Baja expansión térmica. Alta conductividad térmica. Se emplean como insertos o puntas

que se sueldan o sujetan a un vástago de acero. Se encuentran en diferentes formas, circulares, triangulares, cuadrados y otras formas.

Se emplean para

Tungsteno Aglutinado con Cobalto

Carburo de Tungsteno Aglutinado con Cobalto + Solución Sólida de WC-TiC-TaC-NbC

Carburo de Titanio con Aglutinante de Níquel y Molibdeno

W: Tungsteno C: Carbono

Ti: Titanio Ta: Tantalio

Nb: Niobio

Opera a altas temperaturas debido a las altas velocidades de corte.

Trabaja piezas de materiales con alta resistencia mecánica.

mecanizar hierros fundidos y metales abrasivos no ferrosos.

Mecanizar aceros.

Cortar.

Carburos

Revestidos

Son insertos normales de carburo revestidos con una capa delgada de carburo de titanio, nitruro de titanio u óxido de aluminio.

Con el revestimiento se obtiene una resistencia superior al desgaste, a la vez que se mantiene la resistencia mecánica y la tenacidad.

No se necesitan fluidos de corte, si se aplica debe ser en forma continua y en grandes cantidades, para evitar calentamiento y templado.

Los avances suaves, las bajas velocidades y el traqueteo son dañinos.

Se utilizan en máquinas

de herramientas rígidas, de mayor velocidad y más potentes.

Cerámicas u

Oxidos

Se constituyen de granos finos de aluminio ligados entre sí. Con adiciones de otros elementos se logran propiedades óptimas.

Resistencia muy alta a la abrasión. Son más duras que los carburos

cementados. Tienen menor o nula tendencia a

soldarse con los metales durante el corte.

Carecen de resistencia al impacto. Puede ocurrir una falla prematura por

desportilladura o rotura.

Son eficaces para

operaciones de torneado ininterrumpido a alta velocidad.

Diamantes Policristalinos

Tienen dureza extrema. Baja expansión térmica. Alta conductividad térmica. Coeficiente de fricción muy bajo. Se liga a un sustrato de carburo.

Son empleados cuando

se requiere un buen acabado superficial, en particular en materiales blandos y no ferrosos, difíciles de mecanizar.

Se emplea como

abrasivo en operaciones de rectificado.

CBN

Nitruro Cúbico de Boro Cúbico

Es el material más duro que hay en la actualidad.

Se liga a un sustrato de carburo. La capa de CBN produce una gran

resistencia al desgaste. Gran resistencia mecánica de los

bordes. Es químicamente inerte al hierro y al

níquel a altas temperaturas.

Es adecuado para

trabajar aleaciones de altas temperaturas y diversas aleaciones ferrosas.

Se emplea como

abrasivo en operaciones de rectificado.

* : A los carburos cementados se le asigna Grado C-1, Grado C-2, etc. Los grados 1 a 4 se recomiendan para mecanizar hierro fundido, materiales no ferrosos y no metálicos; los grados 5 a 8 son para mecanizar aceros y sus aleaciones. Los grados 1 y 5 son para desbastar, los 2 y 6 son para uso general, 3 y 7 son para acabado, y 4 y 8 son para acabado de precisión. Existen también otros grados para diversas aplicaciones y según lo riguroso de la operación de mecanizado.

El siguiente cuadro muestra como difieren las propiedades de los distintos tipos de herramientas.

Cuadro 4

Aceros al carbono

Aceros alta velocidad

Aleaciones de cobalto

Carburos cementados

Carburos revestidos

Cerámicas Nitruro de boro cúbico

Diamante

Dureza en caliente

- - - Aumentando - - -

Tenacidad - - - Disminuyendo - - -

Resistencia al impacto

- - - Disminuyendo - - -

Resistencia al desgaste

- - - Aumentando - - -

Resistencia a melladura

- - - Disminuyendo - - -

Velocidad - - - Aumentando - - -

de corte

Resistencia a cambios tº

- - - Disminuyendo - - -

Costo - - - Aumentando - - -

Profundidad de corte

Baja a media

Baja a alta

Baja a alta Baja a alta Baja a alta

Baja a alta Baja a alta

Muy baja

Acabado esperable

Regular Regular Regular Bueno Bueno Muy bueno

Muy bueno

Excelente

Nomenclatura de herramientas de corte Existen diversos tipos de herramientas de corte, entre las que se destacan las monofilo, las multifilo y las abrasivas. Las herramientas monofilo se usan en las operaciones principales de torneado, las multifilo se usan en operaciones de fresado y taladrado, y las abrasivas en procesos de rectificado. Las herramientas de corte monofilo (un filo) estructuralmente constan de dos partes, una cortante (o elemento productor de viruta) y otra denominada cuerpo. Se encuentran normalmente en tornos, tornos revólver, cepillos, limadoras, mandrinadoras y máquinas herramientas semejantes.

A continuación se presentan algunos de los buriles más comerciales.

Broca de dos filos y con mango cónico

Diferentes tipos de fresas Fresadora vertical con

centro de maquinado CNC

Fig. a

En la figura a se observan las partes más importantes de una herramienta monofilo donde se pueden destacar :

o La cara, que es la superficie o superficies sobre las cuales fluye la viruta (superficie de desprendimiento).

o El flanco, que es la superficie de la herramienta frente a la cual pasa la superficie generada en la pieza (superficie de incidencia).

o El filo es la parte que realiza el corte, siendo el filo principal la parte que ataca directamente a la pieza y el filo secundario la parte restante.

o La punta de la herramienta es el lugar donde se intersectan el filo principal y secundario.

En general, la herramienta tiene dos componentes de movimiento. La primera corresponde al movimiento derivado del movimiento principal de la máquina, y la segunda está relacionada con el avance de la herramienta. El movimiento resultante corresponde al movimiento resultante de corte, y el corte, como tal, se produce por un movimiento relativo entre la herramienta y la pieza. El movimiento principal es el que consume una mayor cantidad de energía, y corresponde normalmente al que mueve al husillo. El movimiento de avance ocupa menos energía y puede ser un movimiento continuo o alternado.

Fig. b

El ángulo entre la dirección del movimiento de corte principal y el movimiento resultante se llama ángulo de la velocidad ddestacarse que, como habitualmente el avance es relativamente pequeño en comparación con el movimiento principal, el ángulo de corte resultante se considera cero.

Otro punto importante de tener presente es que no en todas las operaciones de mecanizado la velocidad de corte es constante, pues por ejemplo, en el refrentado, la velocidad de corte es función del radio de la pieza.

La velocidad de corte resultante ve , que es la velocidad instantánea relativa entre el filo de la herramienta y la pieza, está dada por:

ve = v · cos( ecuación 4

ño, generalmente se considera

ecuación 5

Fig. c

Finalmente, otro de los ángulos importantes cuando se considera la geometría de una operación de mecanizado es el llamado ángulo del filo principal de la herramienta, kr. El espesor de la capa de material que está siendo removido por un filo en un punto seleccionado, conocido como espesor de la viruta no deformada ac, afecta significativamente la potencia requerida para realizar la operación. Esta dimensión debe ser medida en un plano normal a la dirección de

c puede medirse normal a la dirección del movimiento principal. Analizando la figura c se tiene:

ecuación 6

donde af es el encaje de avance, es decir, el encaje instantáneo de la herramienta en la pieza.

Los datos anteriormente explicados, si bien se remiten al caso particular de las herramientas monofilo, se amplían a los otros casos, como se detallará más adelante en otros capítulos.

Para efectos de mantener un ordenado uso de los ejes coordenados en lo que sigue, se observará una serie de convenciones, las cuales se detallan a continuación:

Se definen como ejes para la máquina y sus rotaciones X, Y y Z, A, B y C. Para las rotaciones en particular se observará la regla de la mano derecha para el sentido positivo de éstas.

Se definen como ejes para la herramienta y sus rotaciones X’, Y’ y Z’, A’, B’ y C’.

En cualquier máquina se definirá primero el eje Z, y éste irá paralelo al eje de rotación del husillo.

Si la máquina no tiene husillo, el eje Z se define perpendicular a la superficie en que se trabaja.

El sentido del eje Z es positivo cuando la herramienta se aleja de la pieza. El eje X se define horizontal (cuando se pueda), por ejemplo, en el torno es

radial. En las máquinas sin husillo el eje X es paralelo a la dirección principal de

movimiento. Si gira la herramienta, y el eje Z es horizontal, el eje X es horizontal

también. El sentido del eje X se define positivo cuando la herramienta se aleja del eje

de rotación.

Finalmente, el eje Y se impone manteniendo el orden conocido de los tres primeros dedos de la mano derecha.

Ángulos, filos y fuerzas El corte de los metales se logra por medio de herramientas con la forma adecuada. Una herramienta sin los filos o ángulos bien seleccionados ocasionará gastos excesivos y pérdida de tiempo. En casi todas las herramientas de corte existen de manera definida: superficies, ángulos y filos. Las superficies de los útiles de las herramientas son:

o Superficie de ataque. Parte por la que la viruta sale de la herramienta.

o Superficie de incidencia. Es la cara del útil que se dirige en contra de la superficie de corte de la pieza.

Los ángulos son:

o Ángulo de incidencia (alfa). Es el que se forma con la tangente de la pieza y la superficie de incidencia del útil. Sirve para disminuir la fricción entre la pieza y la herramienta.

o Ángulo de filo (beta). Es el que se forma con las superficies de incidencia y ataque del útil. Establece qué tan punzante es la herramienta y al mismo tiempo que tan débil es.

o Ángulo de ataque (gama). Es el ángulo que se forma entre la línea radial de la pieza y la superficie de ataque del útil. Sirve para el desalojo de la viruta, por lo que también disminuye la fricción de esta con la herramienta.

o Ángulo de corte (delta). Es el formado por la tangente de la pieza y la superficie de ataque del útil. Define el ángulo de la fuerza resultante que actúa sobre el buril.

o Ángulo de punta (epsilon). Se forma en la punta del útil por lo regular por el filo primario y el secundario. Permite definir el ancho de la viruta obtenida.

o Ángulo de posición (xi). Se obtiene por el filo principal del la herramienta y el eje de simetría de la pieza. Aumenta o disminuye la acción del filo principal de la herramienta.

o Ángulo de posición (lamda). Es el que se forma con el eje de la herramienta y la radial de la pieza. Permite dan inclinación a la herramienta con respecto de la pieza.

Filos de la herramienta

o Filo principal. Es el que se encuentra en contacto con la superficie

desbastada y trabajada. o Filo secundario. Por lo regular se encuentra junto al filo primario y

se utiliza para evitar la fricción de la herramienta con la pieza.

La suma de los ángulos alfa, beta y gama siempre es igual a 90°

Para la definición de los valores de los ángulos se han establecido tablas producto de la experimentación. A continuación se muestra una tabla de los ángulos alfa, beta y gama.

Aceros rápidos Materiales trabajar Metales duros

Alfa Beta Gama Material Alfa Beta Gama

8 68 14 Acero sin alear hasta 70 kg/mm2 5 75 10

8 72 10 Acero moldeado 50 kg/mm2 5 79 6

8 68 14 Acero aleado hasta 85 kg/mm2 5 75 10

8 72 10 Acero aleado hasta 100 kg/mm2 5 77 8

8 72 10 Fundición maleable 5 75 10

8 82 0 Fundición gris 5 85 0

8 64 18 Cobre 6 64 18

8 82 0 Latón ordinario, latón rojo, fundición de bronce

5 79 6

12 48 30 Aluminio puro 12 48 30

12 64 14 Aleaciones de alumnio para fundir y forjar

12 60 18

8 76 6 Aleaciones de magnesio 5 79 6

12 64 14 Materiales prensados aislantes (novotex baquelita)

12 64 14

12 68 10 Goma dura, papel duro 12 68 10

Porcelana 5 85 0

Las fuerzas que actuan en una herramienta de corte

De manera simplificada se puede decir que actúan en una herramienta tres fuerzas:

o Fuerza radial, Fr. Se origina por la acción de la penetración de la herramienta para generar el corte y como su nombre lo señala actúa en el eje radial de la pieza.

o Fuera longitudinal, Fl. Es la que se produce por el avance de la herramienta y su actuación es sobre el eje longitudinal de la pieza.

o Fuerza tangencial, Ft. Es la fuerza más importante en el corte y se produce por la acción de la pieza sobre la herramienta en la tangente de la pieza.

La contribución de la tres fuerzas como componentes de las resultante total es: Fr = 6% Fl = 27% Ft = 67%

Producto de acción de las tres fuerzas de corte se tiene una resultante que es la que deberá soportar la herramienta. Se debe tener en consideración que como las fuerzas son cantidades vectoriales es muy importante su magnitud, dirección, posición y punto de apoyo.

Recomendaciones básicas para el afilado de un buril

o Empleo de un esmeril con grano grueso para el desbaste y grano fino para el acabado, consulte esmeriles recomendados en "métodos de afilado"

o Empleo de las velocidades de rotación establecidas para cada tipo de esmeril.

o Comprobación de que el esmeril gire en contra del borde de la herramienta.

o Evite sobrecalentamientos durante el afilado y aplicar una presión moderada de esmerilado.

o Evite el esmerilado cóncavo. Es ventajoso usar esmeriles de taza o de copa para esta operación.

o Mantener los esmeriles limpios reavivándolos frecuentemente. o Evite choques térmicos. o Remueva las cantidades excesivas de material y aplicar demasiada

presión de esmerilado implica el riesgo de originar fisuras en la herramienta que la inutilizan para siempre.

Equipos para el maquinado de piezas. A.- TORNO Un torno es esencialmente una maquina dotada con un motor, en la cual la pieza gira mientras una herramienta en contacto con ella se desplaza lateralmente y remueve el metal. La potencia desarrollada por el motor se transmite al husillo del cabezal fijo a través de correas y engranajes. Esta potencia también controla el desplazamiento lateral de la herramienta. Este es el movimiento de avance. El torno también esta equipado con volantes para avanzar manualmente la herramienta. Los tornos se clasifican de acuerdo con el diámetro de la pieza mas grande que puede girar sobre las guías de la maquina. El volteo de un torno es el doble de la distancia desde el eje del cabezal fijo hasta las guías de la bancada. Luego en un torno de 16 in la distancia desde las guías hasta el eje del husillo de la maquina es de 8in. El volteo real es aproximadamente ¼ in mayor que el valor nominal. Existen varias clasificaciones, como son las siguientes: El torno de Banco: Este puede se simplemente un torno de relojería que es totalmente manual excepto por el accionamiento de la pieza. Para el control del desplazamiento transversal y longitudinal del carro portaherramienta puede contar o no con escalas circulares. El propósito de esta maquina es lograr la precisión elevada en el mecanizado de piezas pequeñas, pero esta depende exclusivamente de la habilidad del operario. También existen tornos de banco mas sofisticados que cuentan con avances automáticos y varias velocidades de corte. En general, los accesorios para estos tornos son los mismos existentes para los tornos mayores. Torno Mecánico: Este tipo de torno cuenta con acondicionamiento mecánico total y es el torno mas común en los talleres actuales. La velocidad del husillo puede cambiarse mediante correas o selectores de velocidad. Muchos tornos están equipados con reostatos para permitir un mayor selección de velocidades para el husillo. Los avances transversal y longitudinal pueden embragarse para efectuarlos automáticamente.

Tornos Revolver: Independientemente del tipo de torno (manual, de avance automático, este es el tipo mas común de tornos revolver, semiautomático, completamente automático o vertical), la característica relevante del dirección longitudinal de la bancada de la maquina mientras que, la torre cuadrada esta montada en el carro transversal del torno y por tanto puede avanzar en una dirección a 90° de la dirección de movimiento de la torre hexagonal. En la maquina de operación manual la torre debe avanzarse manualmente hacia la pieza. En la variedad mas común de torno de revolver, la rotación de la torre se efectúan manualmente. Una vez girada la torre, la herramienta avanza hacia la pieza automáticamente. Los tornos revolver semiautomáticos son automáticos excepto para el emplazamiento y retiro de la pieza. En este tipo de torno el operario emplaza la pieza y acciona un botón para empezar el ciclo de operación. La maquina ejecuta automáticamente todas las operaciones definidas durante el aislamiento o programación, es decir cambia la velocidad del husillo, los avances, gira la torre, etc. Concluido el ciclo la maquina se detiene y corta el suministro de energía. Enseguida la operación se repite. El torno revolver completamente automático opera con barras largas. Este torno produce piezas continuamente hasta la terminación de la barra. Los tornos automáticos pueden contar con un solo husillo o con varios. El torno revolver vertical cuenta con una torre hexagonal colocada encima de la mesa y esta gira verticalmente. Los tornos verticales pueden contar con uno o varios husillos y ser automáticos o semiautomáticos.

Componentes Principales del torno Los componentes principales del torno son el cabezal fijo, el cabezal móvil, la bancada, el carro principal, la caja de maniobra o delantal y la caja de avances. El cabezal fijo se encuentra en el extrema izquierdo de la maquina y aloja al husillo, que es el eje de un cono de poleas (en el caso de las maquinas accionadas con correas) o de engranes (en el caso de las maquinas accionadas por engranes). La potencia puede transmitirse utilizando correas únicamente y también mediante correas puede accionarse los engranes del cabeza fijo. El husillo es hueco y cuenta con un cono hembra en el extremo para alojar el punto giratorio de 60° y otros dispositivos. En el exterior, el husillo debe estar roscado o contar con otro cono para no permitir la fijación del plato de mordazas o de otros dispositivos. En el extremo posterior del husillo se monta un engrane que transmite potencia a la caja de avances a través de los engranes de cambio. El reductor canaliza la potencia hacia el husillo de roscar o hacia el husillo de cilindrar. En el cabezal además del cono de poleas se encuentra un pequeño tren de engranajes que permite disminuir las velocidades de rotación del husillo y obtener en operación después de girar una palanca para engranar las ruedas de entrada y retirar el tornillo de acople entre un engranaje y el cono de poleas. En

las maquinas que cuentan con cabezal de engranes, esta operación se efectúa mediante palancas o perillas selectoras de velocidad. El cabezal móvil esta instalado en el extremo derecho de la bancada de la maquina. Este cabezal puede posicionarse en cualquier sitio de la bancada y se utiliza primordialmente para fijar piezas entre puntos. Para asegurar el alineamiento, una de las guías de la bancada tiene sección en forma de “V” invertida que encaja en una ranura de la misma forma mecanizada en la base del cabezal móvil. En el cabezal se aloja el husillo y la pinula de 60° que constituye el punto fijo. Este cabezal puede posicionarse excéntricamente. El carro principal, esta montado sobre las guías de la bancada y aloja al husillo de avance transversal y en su parte superior se encuentra el carro portaherramienta o superior. El carro principal posibilita el avance longitudinal, transversal y angular de la herramienta o cuchilla. Se denomina carro de torno al conjunto integrado por el carro principal, la caja de maniobra o delantal, el carro transversal y el carro superior. La caja de maniobra o delantal se monta en la parte inferior del carro principal o de bancada.

Accesorios para el torno El plato de arrastre, se emplea conjuntamente con el tope o perro de arrastre. Piezas irregulares pueden fijarse al plato frontal. La pieza se sujeta directamente al plato o se monta en un soporte angular que se fija al plato. Estos platos pueden utilizarse también con los perros de arrastre. Sin embargo, en algunos casos no es posible introducir la cola del perro o de hierro fundido. Para instalarlos en el husillo pueden estar provistos con una rosca, un cono y una chaveta. El plato de mordazas o un plato universal de mordazas, pueden contar con una rosca, un cono, etc., para su instalación en el husillo de la maquina. El plato de mordazas independientes cuenta con 4 mordazas que pueden invertirse con respecto a su posición. Estas mordazas pueden ajustarse independientemente permitiendo así el alineamiento de la pieza para que gire concéntricamente con el eje de rotación del husillo. En el plato universal las tres mordazas se desplazan simultáneamente. Este plato permite alinear la pieza con el centro de rotación del husillo. Sin embargo, las mordazas no pueden desplazarse independientemente. El plato permite también la utilización de las mordazas para superficies interiores. El tensor de pinzas, se inserta en la parte posterior del husillo y la pinza se introduce en la parte frontal del husillo. Girando el tensor en sentido horario se va introduciendo la pinza en el husillo. Este desplazamiento hace que la superficie cónica de la pinza asiente en el cono del adaptador para la pinza. La pinza se cierra sobre la pieza a causa de las ranuras que existen en su cuerpo. La pinza de plato escalonado, también se utiliza con el tensor. Los escalones pueden

mecanizarse hasta cualquier diámetro requerido, por cuanto son de material blando. Esta pinza proporciona un método rápido para la sujeción de anillos delgados. La regla del dispositivo para tornear conos, se instala sobre dos soportes que se fijan a la parte posterior de la bancada. La corredera se fija al carro transversal, al que se desconecta el torno de avance transversal para lograr que el carro siga a la corredera. Para tornear un cono se da a la regla la inclinación o ángulo requerido y se instala la pieza a trabajar concéntrica con el eje de la maquina. Al iniciarse el avance del carro principal, el carro transversal se desplaza siguiendo la inclinación de la regla por tanto, la herramienta produce sobre la pieza la superficie cónica. En los tornos pueden instalarse otros dispositivos especializados tales como dispositivos copiadores, dispositivos para destalonar, dispositivos par rectificar y fresar, etc.

Cilindrado Una de las aplicaciones fundamentales de un torno es cilindrar entre puntos. La primera operación previa al cilindrado consiste en preparar los extremos de la barra para el centrado. El trazado para centrar puede ejecutarse con un compas hermafrodita o con una escuadra de centrar. La intersección de las líneas se marcan con un gránete. A continuación se examina la indentación. Si no coincide con la intersección de líneas trazadas, se inclina ligeramente el gránete y se procede a rectificar el marcado. Corregida la posición se marca, se coloca al gránete en posición vertical y se le da un martillazo fuerte. El proceso se repite en el extremo opuesto de la pieza. En una taladradora se perforan los dos extremos de la pieza utilizando para ello una broca de centrar. La operación descrita puede ejecutarse en el torno sujetando la pieza con pinzas o con un plato de mordazas, centrando su eje con el de la maquina y perforando con la broca de centrar instalada en el cabezal móvil. Con este procedimiento se evita el trazado y el marcado de centro, etc. El cabezal fijo del torno cuenta con un centro montado en el husillo. Este centro se denomina móvil porque gira con la pieza. En el cabezal móvil se encuentra el centro fijo, que se denomina así porque no gira con la pieza. El centro móvil no esta endurecido por cuanto gira la pieza. Si el ángulo del punto móvil no es 60° o si el punto tiene una pequeña excentricidad, cualquiera de estas condiciones puede corregirse. El ángulo de 60° se verifica con la galga para centros de 60°.

Utilización de los platos de mordazas y frontal

Los platos de mordazas son dispositivos apropiados para sujetar piezas de forma irregular. La afirmación anterior es valida especialmente para el plato de mordazas independientes. Para mecanizar una guía excéntrica en una pieza fundida, puede utilizarse el plato de mordazas independientes para sujetar la pieza. Anteriormente mencionamos el empleo de la luneta para soportar piezas largas. La luneta fija es montada sobre la bancada para soportar uno de los extremos de la pieza. El otro extremo de la pieza se soporta con un plato de mordazas en una pinza, o los dos extremos apoyan en los puntos del torno. El tope micrométrico para el carro principal se monta sobre la bancada del torno. Se instala a la izquierda del carro y se utiliza para controlar la posición longitudinal de detención del carro. Este dispositivo puede utilizarse para reproducir una dimensión longitudinal en las piezas o para evitar el recorrido longitudinal excesivo. Este tipo de tope no desembraga el avance longitudinal automático. Por tanto, el avance automático debe desembragarse antes de que el carro llegue al tope y la operación debe terminarse con avance manual. Existen tornos que cuentan con topes que desembragan automáticamente el avance.

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