1. Ciencia

CENTRO EDUCATIVO SALESIANOS TALCA
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TALCA – VII REGIÓN
Modulo: Conformado y mecanizado avanzado de piezas.
Profesor: Jorge. A. Navarro. Garrido.
El mecanizado
El mecanizado por arranque de material es el conjunto de operaciones que partiendo de
una pieza en bruto (tocho), y eliminando o arrancando parte del material que la
compone se obtiene una pieza de la forma y dimensiones deseadas. Por lo tanto, en este
tipo de proceso, por definición, no se produce aporte de material, ni se le da forma por
doblado, ni estiramiento.
Mecanizado por arranque de viruta
El material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a viruta. La
herramienta generalmente consta de uno o varios filos o cuchillas que separan la viruta
de la pieza en cada pasada. En el mecanizado por arranque de viruta se dan procesos de
desbaste (eliminación de mucho material con poca precisión; proceso intermedio) o de
acabado (eliminación de poco material con mucha precisión, para dejar terminada la
pieza). Sin embargo, tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el poco
material que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la
herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y no se llega a
extraer viruta.
Mecanizado por abrasión
La abrasión es la eliminación de material desgastando la pieza en pequeñas cantidades,
desprendiendo partículas de material, en muchos casos, incandescente. Este proceso se
realiza por la acción de una herramienta característica, la muela abrasiva. En este caso,
la herramienta (muela) está formada por partículas de material abrasivo muy duro
unidas por un aglutinante. Esta forma de eliminar material rayando la superficie de la
pieza, necesita menos fuerza para eliminar material apretando la herramienta contra la
pieza, por lo que permite que se puedan dar pasadas de mucho menor espesor. La
precisión que se puede obtener por abrasión y el acabado superficial son muy grande
Abrasivos
Son materiales de gran dureza y capaces de mecanizar a otros materiales por
frotamiento, con desprendimientos arranque de partículas. Su acción depende de la
dureza (expresada según la escala de Mohs), el tamaño y la forma de sus granos, y de su
tenacidad.
Se emplea, en forma de polvos, muelas, discos, papeles, telas, bandas, etc. Para el
decapado, rebarbado, cortado, afilado, rectificado, pulido, lapeadoy súper acabado de
piezas.
• Clases de abrasivos: Los abrasivos usados
Industrialmente pueden clasificarse en dos
Grupos: naturales y artificiales
•
Naturales: Son los que se utilizan como se encuentran en la naturaleza,
dándoles únicamente la forma adecuada si es necesario.Los más importantes
son:
•
Diamante es la sustancia natural más dura que se conoce. Carbono puro
cristalizado. Se utiliza en forma de polvo para fabricar muelas.
•
Corindón. Óxido de aluminio natural con algunas impurezas su dureza en la
escala de Mohs, es de 9.
•
Esmeril. Óxido de aluminio con cantidades variables de hierro. Su dureza es de
8 inferior pues a la del corindón.
•
Cuarzo. Sílice; es decir, anhídrido silicio. Se utiliza en forma de arena de cuarzo
o de piedra arenisca.
•
Artificiales: Son los obtenidos sintéticamente y tienen la ventaja de ser más
homogéneos que los naturales. Los principales son:
•
Carborundum. Es el más duro y cortante de los abrasivos artificiales. Es
carburo de silicio y se obtiene por fusión de una mezcla de arena silicio, coque,
sal y serrín. Sus cristales son muy frágiles y se rompen con facilidad. Se usa
generalmente para rectificar metales duros y quebradizos (hierro fundido,
carburos metálicos, aleaciones duras mármol, granito etc.) y materiales de baja
resistencia a la tracción (latón, bronce blando, aluminio, cobre, goma, cuero, etc.
•
Alundum. También denominado corindón artificial, es óxido de aluminio y se
obtiene tratando la bauxita (mineral de aluminio) por fusión y cristalización. Su
dureza es superior a 9 y sus granos son tenaces, embotándose por los materiales
duros pero actuando muy bien sobre materiales con elevada resistencia a la
tracción (aceros carbono aleado y rápido, hierro dulce, etc.).
•
Diamante sintético: Se obtiene diamante sintético mediante compresión de
polvo de diamante mezclado con una sustancia
aglomerante también
pulverizada, que puede ser hierro, cobre, acero, etc.
• Aplicaciones: La aplicación industrial de los abrasivos en gran escala se debe al
uso de lijas y muelas.
• Las lijas:son hojas de papel o tela sobre las cuales se han adherido abrasivos
en polvo. Se reserva el nombre de lija a las que van montadas sobre pliegos de
papel y sirven para el lijado de la madera y materiales blandos. Según el tamaño
de los granos del abrasivo, se numeran del 1 al 6, siendo las del número 1 las
más bastas y las del numero 6 las mas finas. Para el lijado de pintura se fabrican
lijas de carborundum de los números 60, 100, 120, 150, 180, 220, 280, 320,
360, 400 y 600, que corresponden al numero de la malla por donde pasa el
grano.
La tela esmeril consiste en un abrasivo sobre tela y se emplea para el lijado de
metales, su escala, según el tamaño del grano y de fino abasto, es: FF, F, 00, 1, 1.5, 2,
2.5 y 3.
•
Muelas: Las muelas son herramientas rotativas constituidas por granos
abrasivos de dureza conveniente que se mantienen unidos mediante un
aglomerante. Se utilizan para trabajos de rebarbado, tronzado, afilado,
rectificado y superacabado.
Las muelas naturales son piedras de arenisca formadas por sílice como abrasivo y arcilla
como aglomerante, siendo su empleo limitado al afilado de herramientas de poca
precisión (cuchillos, herramientas para madera, etc.). Se las conoce por el nombre de
muelas de agua porque trabajan parcialmente sumergidas en ella.
Las muelas que verdaderamente tienen importancia por su aplicación en la industria
son las artificiales, las cuales se fabrican a partir de abrasivos y aglomerantes
seleccionados. Son muy homogéneas y tienen la ventaja de poder formarse con el
abrasivo y el aglomerante más adecuado para cada trabajo.
Pero
los
tiempos
productivos
también
lo
son
muy
prolongados.
Mecanizado manual
Los manuales: son los realizados por una persona con herramientas exclusivamente
manuales, serrado, limado, cincelado, burilado, en estos casos un operario un ajustador,
burilista o artesano mecaniza una pieza con las herramientas indicadas, y el esfuerzo
manual.
Mecanizado con máquina herramienta
El mecanizado se hace mediante una máquina herramienta, manual, semiautomática o
automática, pero el esfuerzo de mecanizado es realizado por un equipo mecánico, con
los motores y mecanismos necesarios.
Las máquinas herramientas de mecanizado clásicas son:
•
Taladro: La pieza es fijada sobre la mesa del taladro, la herramienta, llamada
broca, realiza el movimiento de corte giratorio y de avance lineal, realizando el
mecanizado de un agujero o taladro del mismo diámetro que la broca y de la
profundidad deseada.
•
Cepillo de carnero: esta máquina herramienta realiza el mecanizado con una
cuchilla montada sobre el porta herramientas del carnero, que realiza un
movimiento lineal de corte, sobre una pieza fijada en la mesa del cepillo, que
tiene el movimiento de avance perpendicular al movimiento de corte.
•
Cepilladora: de mayor tamaño que el cepillo de carnero, tiene una enorme mesa
deslizante sobre la que se fija la pieza y que realiza el movimiento de corte
deslizándose longitudinalmente, la cuchilla montada sobre un puente sobre la
mesa se desplaza transversalmente en el movimiento de avance.
•
Torno: el torno es la máquina herramienta de mecanizado más difundida, si bien
solo puede realizar piezas de revolución, estas son en la industria las de uso mas
general, la pieza se fija en el plato del torno, que realiza el movimiento de corte
girando sobre su eje, la cuchilla realiza el movimiento de avance eliminando el
material en los sitios precisos.
•
Fresadora: en la fresadora el movimiento de corte lo tiene la herramienta; que se
denomina fresa, girando sobre su eje, el movimiento de avance lo tiene la pieza,
fijada sobre la mesa de la fresadora que realiza este movimiento.
Movimientos de corte
En el proceso de mecanizado por arranque de material intervienen dos movimientos:
El movimiento de corte, por el cual la herramienta corta el material y el movimiento de
avance, por el cual la herramienta encuentra nuevo material para cortar.Cada uno de
estos dos movimientos lo puede tener la pieza o la herramienta según el tipo de
mecanizado.
Tornear
Se llama tornear a la operación de mecanizado que se realiza en cualquiera de los tipos
de torno que existen. El torneado consiste en los mecanizados que se realizan en los
ejes de revolución u otros componentes que tengan mecanizados cilíndricos
concéntricos o perpendiculares a un eje de rotación tanto exteriores como interiores.
Para efectuar el torneado los tornos disponen de accesorios adecuados para fijar las
piezas en la máquina y de las herramientas adecuadas que permiten realizar todas las
operaciones de torneado que cada pieza requiera.
Hoy día los mecanizados complejos y de precisión se realizan en torno CNC, y las
series grandes de piezas se realizan en torno automático, sin embargo aún quedan
muchos mecanizados que se realizan en torno paralelo donde se requiere una buena
pericia y profesionalidad a los operarios que los manejan
Operaciones de torneado
En un torno paralelo universal se pueden realizar las siguientes operaciones de torneado:
Torneado exterior:
Cilindrado, Refrentado, Ranurado, Roscado, Moleteado, Cilindrado cónico, Cilindrado
esférico, Segado, Chaflanado. Espirales
Torneado interior:
Taladrado, Mandrinado , Ranurado, Mandrinado cónico, Mandrinado esférico, Roscado,
refrentado interior, chaflanado interior.
Sistemas de fijación de las piezas en los tornos:
Hay dos sistemas para fijar las piezas a los tornos dependiendo que sean ejes u otro tipo
de piezas.
A los ejes se les hace en sus extremos en el centro de los mismos unos pequeños
taladros para poderlos sujetar entre los puntos cónicos que hay situados en el eje motriz
y en el contrapunto, para asegurar la rotación de los ejes se utiliza un perro de arrastre.
A las piezas que se tornean al aire, se sujetan con un plato de garras, que puede tener
accionamiento manual o hidráulico.
Herramientas de torneado
Las herramientas de torneado se diferencian en dos factores: De un lado según el
material del que están constituidas y de otro el tipo de operación que realizan. Según el
material constituyente las herramientas pueden ser de acero rápido, metal duro soldado,
o plaquitas de metal duro (widia) cambiables. La tipología de las herramientas de metal
duro están normalizadas de acuerdo con el material que se mecanice, puesto que cada
material ofrece unas resistencias diferentes, el código ISO para herramientas de metal
duro es el siguiente:
Herramienta de torneado exterior
Herramienta de torneado interior
Afilado de herramientas.
Cuando la herramienta es de acero rápido, o tiene la plaquita de metal duro soldada en
el portaherramientas, cada vez que el filo se desgasta, hay que desmontarla, y afilarla
correctamente con los ángulos de corte específico en una afiladora. Esto facilita bastante
el trabajo. Así que cuando se mecanizan piezas en serie, lo normal es utilizar
portaherramientas con plaquitas cambiables, porque tienen varias caras de corte y
además se hace de una forma muy rápida.
Elección de las herramientas para torneado
En los tornos modernos y debidos al alto costo que tiene el tiempo de mecanizado, es de
vital importancia hacer una selección adecuada de las herramientas que permita realizar
los mecanizados en el menor tiempo posible y en condiciones de precisión y calidad
requeridos.
Factores de selección para operaciones de torneado
•
Diseño y limitaciones de la pieza: Tamaño, tolerancias del torneado, tendencia
a vibraciones, sistemas de sujeción, acabado superficial. Etc.
•
Operaciones de torneado a realizar: Cilindrados exteriores o interiores,
refrentados, ranurados, desbaste, acabados, optimización para realizar varias
operaciones de forma simultánea, etc.
•
Estabilidad y condiciones de mecanizado: Cortes intermitente, voladizo de la
pieza, forma y estado de la pieza, estado, potencia y accionamiento de la
máquina, etc.
•
Disponibilidad y selección del tipo de torno: Posibilidad de automatizar el
mecanizado, poder realizar varias operaciones de forma simultánea, serie de
piezas a mecanizar, calidad y cantidad del refrigerante, etc.
•
Material de la pieza: Dureza, estado, resistencia, maquinabilidad, barra,
fundición, forja, mecanizado en seco o con refrigerante, etc.
•
Disponibilidad de herramientas: Calidad de las herramientas, sistema de
sujeción de la herramienta, acceso al distribuidor de herramientas, servicio
técnico de herramientas, asesoramiento técnico.
•
Aspectos económicos del mecanizado: Optimización del mecanizado, duración
de la herramienta, precio de la herramienta, precio del tiempo de mecanizado
Aspectos especiales de las herramientas para mandrinar:
Se debe seleccionar el mayor diámetro de la barra posible y asegurarse una buena
evacuación de la viruta. Seleccionar el menor voladizo posible de la barra. Seleccionar
herramientas de la mayor tenacidad posible.
Formación de viruta.
El torneado ha evolucionado tanto que ya no se trata tan solo de arrancar material a gran
velocidad, sino que los parámetros que componen el proceso tienen que estar
estrechamente controlados para asegurar los resultados finales de economía calidad y
precisión.
La forma de tratar la viruta se convierte en un proceso complejo, donde intervienen
todos los componentes tecnológicos del mecanizado, para que pueda tener el tamaño y
la forma que no perturbe el proceso de trabajo. Si no fuera así se acumularían
rápidamente masas de virutas largas y fibrosas en el área de mecanizado que formarían
madejas enmarañadas e incontrolables.
La forma que toma la viruta se debe principalmente al material que se está cortando y
puede ser de material dúctil y también quebradiza y frágil.
El avance con el que se trabaje y la profundidad de pasada, son bastante responsables de
la forma de viruta, y cuando no se puede controlar con estas variables hay que recurrir a
elegir la herramienta que lleve incorporado un rompe virutas eficaz.
Mecanizado en seco y con refrigerante
Hoy en día el torneado en seco es completamente viable y se emplea en numerosas
aplicaciones. Hay una tendencia reciente a efectuar los mecanizados en seco siempre
que la calidad de la herramienta lo permita.o Una zona de temperatura de corte más
elevada puede ser en muchos casos, un factor positivo.
Sin embargo el mecanizado en seco no es adecuado para todas las aplicaciones,
especialmente para taladrados, roscados y mandrinados para garantizar la evacuación de
las virutas.
Es necesario evaluar con cuidado operaciones, materiales, piezas, exigencias de calidad
y maquinaria para identificar los beneficios de eliminar el aporte de refrigerante
Normas de seguridad en el torneado
Cuando se está trabajando en un torno, hay que observar una serie de requisitos para
asegurarse de no tener ningún accidente que pudiese ocasionar cualquier pieza que fuese
despedida del plato o la viruta si no sale bien cortada. Para ello la mayoría de tornos
tienen una pantalla de protección.
Control de viruta y fluido de refrigeración de las
herramientas
La evacuación de la viruta en el torneado puede ser problemática cuando se
mecanizan piezas de acero si no se utiliza la herramienta adecuada con los ángulos
de corte de acuerdo al material que se mecaniza en función de la profundidad de
pasada que tenga y del avance. Cuando se trabaja con las herramientas de metal
duro las velocidades de corte y avance son muy elevadas, las temperatura en el filo
de la herramienta es muy alta y para prevenir un desgaste inmediato o rotura de la
herramienta se hace necesario refrigerar la zona de corte con un bombeo
abundante de aceite de corte o taladrina Fundamentos tecnológicos del torneado
En el torneado hay seis parámetros clave:
•
Se define como la velocidad lineal en la periferia de
1.Velocidad de corte.
la zona que se está mecanizando. Su elección viene determinada por el material
de la herramienta, el tipo de material de la pieza y las características de la
máquina. Una velocidad alta de corte permite realizar el mecanizado en menos
tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. La velocidad de corte se
expresa en metros/minuto
•
2.Velocidad de rotación de la pieza,
normalmente expresada en
revoluciones por minuto. Se calcula a partir de la velocidad de corte y del
diámetro mayor de la pasada que se está mecanizando.
•
3.Avance
, definido como la velocidad de penetración de la herramienta en
el material. Se puede expresar de dos maneras: bien como milímetros de
penetración por revolución de la pieza, o bien como milímetros de penetración
por minuto de trabajo.
•
4 Profundidad de pasada: Es la distancia radial que abarca una herramienta en
su fase de trabajo. Depende de las características de la pieza y de la potencia del
torno.
5 Potencia de la máquina: Está expresada en kW, y es la que limita las
condiciones generales del mecanizado, cuando no está limitado por otros
factores.
•
•
6 Tiempo de torneado
una pasada.
. Es el tiempo que tarda la herramienta en efectuar
Estos parámetros están relacionados por las fórmulas siguientes:
Generalmente, la velocidad de corte óptima de cada herramienta y el avance de la
misma vienen indicados en el catálogo del fabricante de la herramienta o, en su defecto,
en los prontuarios técnicos de mecanizado.
¡¡¡BUEN TRABAJO!!!
Mecánica Industrial
Profesor: Sr. Jorge Navarro G.