PROCESOS DE CORTE CON MAQUINAS Y HERRAMIENTAS

UNIDAD III

Maquinado

Es el arranque de metal en forma de virutas o partículas de un semiproducto previamente concebido, utilizando máquinas-herramientas cortantes adecuadas, para conseguir la geometría deseada y las especificaciones planteadas.

Maquinabilidad Es la aptitud de metales o aleaciones, para ser conformados por mecanización en máquinas-herramientas o sea por arranque de material en condiciones económicamente viables.

• Composición química del material.• Tipo de microestructura.�• Inclusiones.�• Dureza y resistencia.�• Ductilidad y acritud.�• Tamaño del grano.�• Conductividad térmica.�

• Exactitud Dimensional• Formas Internas y Externas• Económico (pocas piezas)

Ventajas Desventajas

• Desperdicio de material• Tiempo de operación• Mano de obra calificada

Operaciones de Maquinado

Desbaste Acabado Rectificado

Eliminar material en el menor tiempo posible. Aproximar dimensiones finales de la pieza. Arranque en el orden de milímetros o décimas de milímetros.

Obtener dimensiones finales de la pieza y poca rugosidad en la superficie. Arranque en el orden de centésimas de milímetros.

Obtener medidas muy precisas y buen acabado superficial. Arranque en el orden de milésimas de milímetros.

Tipos de MaquinadoConvencional

No Convencionales

La eliminación de material se realiza fundamentalmente por medios mecánicos

La eliminación de material se debe otros medios como eléctricos, físico-químico, etc.

• Oxicorte• Corte por Láser• Corte por Plasma• Corte por Chorro de Agua• Maquinado Químico• Electroerosión

•Taladrado•Torneado•Fresado•Aserrado•Limado•Mortajado

•Bruñido•Rectificado•Cepillado•Brochado•Mandrinado•Trepanado

VirutaLa viruta es un fragmento de material residual con forma de lámina curvada o espiral. Se suele considerar un residuo de las industrias madereras o del metal; no obstante tiene variadas aplicaciones.

Tipos de Viruta

Viruta de Elementos•Materiales Duros (aceros duros)•Baja Velocidad de Corte

Viruta Escalonada•Materiales Dureza Media (Aluminio)• Velocidad Media de Corte

Viruta Fluida•Materiales Blandos (Cu, Pb, Sn)• Alta Velocidad de Corte

Viruta Fraccionada •Materiales poco plásticos (Bronce)

Movimientos Del Trabajo

• De Corte: Dirección en la que se produce el corte • De Avance: Movimiento que realiza la pieza

respecto a la herramienta.• De Penetración: Profundidad

Velocidad de CorteLa velocidad con que se produce el movimiento de corte.

Material A mayor dureza se usa menor velocidad

Viruta Mayor sección a menor velocidad

Herramienta A mayor velocidad mayor desgaste

Ángulos Característicos

Ángulo de Incidencia (α)

El ángulo que forma la herramienta con la superficie. Tiene como misión disminuir el rozamiento entre la herramienta y el material.

Ángulo de Filo (β)

Está formado por las dos caras de la cuña de la herramienta, dando la facilidad de penetración en el material

Ángulo de Ataque (δ)

Es el comprendido entre la cara de ataque y un plano perpendicular a la superficie de trabajo. Ayuda a la salida de viruta.

Ángulo de Corte α +β

Entre menor sea el ángulo de corte la penetración será mayor.

Elementos de un Proceso de Maquinado• Herramienta• Máquina• Pieza: Representa al material que es

objeto de la transformación durante la ejecución del proceso.• Utilaje: Es todo conjunto que cumple

misiones de posicionamiento, fijación o cualquier otra función auxiliar. • Sistema de control: Engloba los

dispositivos para controlar los desplazamientos. (Botones, palancas de control, etc.)

HerramientaEs el elemento que entra en contacto directo con la pieza y produce la eliminación del material sobrante de la preforma

Herramienta de Filo único Herramienta de Filo Múltiples

Propiedades de las Herramienta• Garantizar la obtención de medidas

precisas y superficies bien acabadas.• Mecanizar cualquier tipo de material.�• Ofrecer máximo rendimiento con el �

mínimo desgaste.• Disponer de una larga duración del filo

de corte.• Lograr que la viruta salga fácilmente.• Capaz de absorber elevadas �

temperaturas.• Soportar grandes esfuerzos de corte sin �

deformarse.• Resistentes al desgaste.�

Materiales para Herramientas

Tipo Siglas Composición Aplicaciones

Aceros al Carbono S Entre 0.6% y 1.6% de C Herramientas Manuales

Aceros Rápidos HS Aceros con W, V, Cr y Mo Metálicos en general

Aceros súper rápidos HSS Igual que HSS pero con Co Metálicos en general

Metales Duros HM Aleaciones cuya base es W, V, Cr y Mo Metálicos en general

Cermets CT Cerámico + Metal (TiC, TiN)

Acero Inoxidable, Fundiciones

Nitruro de Boro Cúbico CBN Material Artificial creado por GE Acero Templado

Diamante Policristalicno PCD Fabricado a partir de polvo de diamantes

No Ferrosos y No metálicos

TaladradoProceso para realizar agujeros pasantes o ciegos en las piezas.

Movimiento de Corte

HerramientaRotatorio

Movimiento de Avance

HerramientaRectiníleo

Es un proceso de corte continuo cuyo problema mayor es la

extracción de viruta del fondo

Tipos de Taladro

Portátil

Berbiquí Manual

El diámetro máximo de las brocas permisibles es de 5 mm. Sólo para materiales de poca dureza.

Diámetro máximo de broca 10 mm. Tienen problemas en la precisión de los orificios ejecutados.

Tipos de Taladro

De Banco

Taladro Radial

Taladro en Serie

Puede ejecutar barrenos hasta de 30 mm.

Taladro Multiple

BrocaEs una herramienta cilíndrica de corte giratoria la cual tiene uno o más bordes de corte con sus correspondientes ranuras las cuales se extienden a lo largo del cuerpo de la broca. Las ranuras sirven de canales para la evacuación de las virutas así como para la adición del fluido de corte.

Vástago

Cuerpo

Punta

Ángulo de Hélice

CanalesPaso

Diámetro

Punto Muerto Filo Cortante ó Labio

Tipos de Brocas

• Son las de uso más común.• Sus diámetros fluctúan desde 0.15 mm hasta 75 mm. • La rotación y el avance de la broca producen un movimiento relativo

entre los filos cortantes y la pieza de trabajo• En la punta de la broca no hay corte. Sino que empuja el material del

centro hacia los lados cuando penetra dentro del agujero

Broca Helicoidal

• Suelen estar constituidas por una barra cilíndrica o cónica, uno de cuyos extremos está provisto de una punta triangular de metal duro.

• Se emplea para taladrar el vidrio, hierro fundido, el latón y el bronce.

Broca Plana

• Estas brocas a diferencia de las anteriores, tiene sus aristas de corte planas, y solamente llevan una pequeña punta en el centro, que proporciona un guiado correcto de la broca durante el trabajo

Broca de Centros

Tipos de Brocas

• Las brocas rectas son las que se emplean para taladrar agujeros largos

Broca Recta

• Se emplean para el taladrado de agujeros profundos. • Generalmente sólo se usan en máquinas especiales de taladrar .

Broca Media Caña

• Estas herramientas pueden tener dos o más diámetros, los cuales se producen afilando varios escalones sucesivos en los márgenes de una broca común.

Broca Escalonada

• Consisten en una corona dentada en cuyo centro suele haber fijada una broca convencional que sirve para el centrado y guía del orificio.

Brocas Corona

Problemas en las BrocasLa broca se

rompe

Punta mal afiladaAvance alto

Viruta atascadaFlexión en la montura

Se despostillan los filos de corte

Velocidad de corte altaAvance alto

Mala LubricaciónPuntos duros en el metal

La broca no penetra el material

Broca DesafiladaPunto muerto muy grueso

Broca Inadecuada

Una gran viruta sale de un canal y unapequeña, sale de

otro canal

Un labio esta haciendo todo el trabajo

Escariado

Procesos de Taladrado

Roscado Int.

Abocardado Avellanado Centrado

Barrenado

Recomendaciones

• Marcar el centro del orificio a realizar.• Sujetar firmemente la pieza a trabajar.• Apagar la máquina para cambio de

broca.• Verificar el largo de la broca.• Avanzar Progresivamente.• Para agujeros pasantes colocar una

madera bajo la pieza• No presionar el taladro a la pieza.

1000nDv

Velocidad de CorteSe trata de realizar un agujero 24mm en una placa de aluminio. Hallar en número de revoluciones por minuto de la broca.

TorneadoEs un proceso que permite la transformación de un sólido indefinido, haciéndolo girar alrededor de su eje (sólido de revolución) y arrancándole material periféricamente a fin de obtener una geometría definida.

Movimiento de Corte• Rotatoria en la Pieza

Movimiento de Avance• Rectilíneo por la herramienta

Movimiento de Profundidad• Rectilíneo por la herramienta

Partes del Torno

Carro Transversal

Carro PortaherramientaPlato ContrapuntoEje PrincipalCabezal

Carro Longitudinal

Bancada

Accesorios

Platos Pinzas de Apriete

Contrapuntos Lunetas

Buril (Cuchillas)Herramienta manual de corte o marcado formada por una barra de acero templado terminada en una punta con un mango en forma de “manija”.

Vástago

Cortante Principal

Cortante Secundario

Cara

Buril Entero

Buril de Placa Soldada

Buril de Placa Intercambiable

Sujeción de la HerramientaLa fijación de las herramientas en el portaherramientas puede realizarse por medio de una brida, colocando las herramientas a la altura adecuada (que es el centro del punto) por medio de gruesos.

La parte de la herramienta que sobresale del portaherramientasdebe ser limitada, a fin de que no se cree un brazo de palanca excesivo.

Desbaste Frontal (Careado)

Permite la obtención de superficies planas perpendicular es al eje de rotación.Tienen lugar limpiando el frente de la pieza. El cuerpo de la herramienta y el filo principal de corte, deben formar un ángulo pequeño contra la cara a mecanizar.

Cilindrado

Permite la obtención de una geometría cilíndrica .Se consigue mecanizando la cara lateral de la pieza, con movimientos de penetración perpendiculares al eje de la misma y con movimiento de avance paralelo al eje.

Ranurado

Es la operación en la cual una herramienta de perfil delgado, penetra en la pieza perpendicularmente a su eje.

RoscadoEs la operación mediante la cual se talla la forma de un filete de rosca.Mientras la pieza gira a una velocidad moderada la herramienta avanza paralela a su eje labrando una hélice que después de alcanzar la profundidad del filete, se transformará en una rosca.

Desbaste Cónico

En este caso, el mecanizado se realiza avanzando con el carro superior (charriot) en lugar de hacerlo con el longitudinal.

Ldtg

2D

2

Moleteado

Una herramienta, llamada molete, dibuja sobre el material, un grabado cuya finalidad es evitar el deslizamiento en superficie que requieran agarre.

1000nDv c

c

Velocidad de Corte

Donde:• vc=velocidad de corte (m/min)• n= velocidad de husillo (rpm)• Dc= diámetro (mm)

naltm

Tiempo de Maquinado

Donde:• tm=tiempo de maquinado (min)• l=longitud (mm)• a= avance(mm/revolución)• n = velocidad de husillo (rpm)

Se va a mecanizar un acero dulce con una herramienta de acero rápido. Concretamente se va a cilindrar en desbaste preformas de 180mm de longitud y 60mm de diámetro. Hasta un diámetro final de 55mm. Calcular tiempo de maquinado

Velocidad de Corte

• Dureza de la pieza• Condición de la pieza• Condición de la máquina• Vida de la herramienta

• Desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta.

• Deformación plástica del filo de corte.• Calidad del mecanizado deficiente.

Excesiva

• Efecto negativo sobre la evacuación de viruta.

• Baja productividad.• Coste elevado del mecanizado

Demasiado Baja

pVkPas

Avance

• Potencia Disponible• Acabado superficial• Radio de nariz de la

herramienta• Rigidez de sujeción

• Buen control de viruta.• Menor tiempo de corte.• Riesgo de rotura de la herramienta.• Elevada rugosidad superficial

Excesivo

• Viruta más larga• Mejor calidad de acabado• Mayor desgaste• Baja productividad

Demasiado Baja

Fuerza de Corte

A mayor avance Mayores fuerzas de corte necesarias.

A mayor profundidad Mayores fuerzas de corte necesarias.

Cambio de Velocidad No afecta las fuerzas

Mayor sección de viruta

Mayores fuerzas de corte necesarias.

Uso de refrigerante Reduce las fuerzas de corte.

• Fuerza de Corte (Fc)• 99.9% de la Potencia

• Fuerza longitudinal (FL)• 40% de la Fc

• Fuerza Radial(Fc)• Despreciable

Parámetros para el TorneadoDesbaste

• Baja Velocidad de Corte• Velocidad de Avance Alta• Se requiere potencia• Profundidad grande

Acabado

• Alta Velocidad de Corte• Velocidad de Avance Baja• Se requiere poca potencia• Profundidad pequeña

Defectos en el TorneadoDeformaciones

de la PiezaMala

Sujeción

Temple de la Pieza

Mala Selección de Refrigerante

Mala Evacuación de Viruta

≈ 70% del calor lo absorbe la viruta, ≈20% lo absorbe la

herramienta y ≈10% la pieza

Mal Acabado

Herramienta mal afilada

Vibraciones

Error en los parámetros (Vc, a, n)

Por el Torno

Por la Pieza

Por la Herramienta

Anclaje, Potencia

Sujeción, Geometría

Sujeción, Colocación, Filo, Parámetros

FRESADOProceso de arranque de viruta, realizando sobre la pieza operaciones de aplanado o perfilado rectilíneo o helicoidal mediante el movimiento de una herramienta rotativa.

Movimiento de Corte• Rotatoria en la Herramienta

Movimiento de Avance• Rectilíneo por la herramienta

y/o la pieza

Partes de la Fresadora

Base

Columna

Puente

Carro Transversal

Carro Longitudinal

Cabezal

Eje Porta Herramientas

Accionadores Manuales

Carro Vertical

FresaHerramienta rotativa de varios filos de corte

FILO DE CORTEVástago

Longitud de Corte

Ángulo de Hélice

Labios

Diámetro

Tipos de Fresa

Cilíndrica Cilíndrica Frontal Prismática

De DiscoDe FormaFrontal de Ángulo

De Vástago

Fresado Frontal

Movimientos de la Fresa

Fresado Periférico Fresado Axial

• Avance perpendicular al eje de giro.

• Profundidad de corte en dirección axial.

• Avance perpendicular al eje de giro.

• Profundidad de corte en dirección radial.

• Avance y profundidad de corte en dirección axial.

Tipos de Fresado

Concordancia

Oposición

• Mayor desbaste• Se pueden hacer trabajos

escalonados.• Para metales duros o abrasivos

Ventajas Desventajas

• Mayor Fricción y Vibraciones.• Mayor desgaste de la

herramienta.• No sirve para acabados

• Mejor disposición de la viruta.• Se requieren menos

fuerzas de corte.

Ventajas Desventajas

• Se debe trabajar a una baja velocidad de corte.

Planeado

Es la aplicación más frecuente de fresado y tiene por objetivo conseguir superficies planas.

Fresado en Escuadra

Este es una variante del planeado que consiste en dejar escalones perpendiculares en la pieza que se mecaniza.

Ranurado

Realizar cavidades a lo largo de la pieza. EL esfuerzo de corte sólo se da en una pequeña parte de los dientes

Alojamientos o Vaciados

Taladrado hasta una determinada profundidad y fresado posterior o bien fresado en rampa en varios cortes.

Chaflanado

Generalmente formación de chaflanes o cortes en forma de V.

Fresado de Engranajes

Se hacen en máquinas especiales llamadas talladoras de engranajes y con el uso de fresas especiales del módulo de diente adecuado.

Problemas en el Fresado

Rotura• Demasiada profundidad• Demasiado avance• Largo de corte muy largo.

Desgaste • Material muy duro.• Mala evacuación de la viruta.

Mal Acabado• Calidad de la herramienta• Vibraciones• Mala evacuación de viruta• Demasiado desbaste

OxicorteConsiste en separar o dividir un metal mediante la combustión del mismo en presencia de Oxigeno.Se calienta el material a su temperatura de ignición y se lo pone en una atmósfera de Oxigeno puro. El corte se produce por el flujo del chorro de O2 a presión que quema el metal y retira la escoria liquida formada.

EquipoEn este proceso se utiliza un gas combustible (acetileno, hidrógeno, propano, etc.), cuyo efecto es producir una llama para calentar el material, mientras que como gas comburente siempre ha de utilizarse oxígeno.

Tanque de O2

Regulador de O2

Tanque de Combustible

Regulador de Combustible

Mangueras

SopleteEntrada de O2

Entrada Combustible

Boquilla

Mezclador

Condiciones de Operación• La temperatura de ignición del metal

debe ser inferior a su punto de fusión.– Hierro– Acero Carbón– Acero Baja Aleación– Cobre y Algunas de sus aleaciones

• La capa de óxido existente en el metal debe tener una temperatura de fusión menor a la del metal a oxicortar.

• La conductividad térmica del metal no debe ser demasiado elevada.

Parámetros a Considerar

• Tipo de Llama– Oxidante → Alta velocidad de corte– Neutras → Mayoría de Aplicaciones– Carburante → Láminas delgadas

• Llama de Precalentamiento• Kerf (sangría)• Inyección de O2

– Relacionado con la Boquilla– En base al espesor a cortar

• Velocidad de Corte

Corte Por Chorro De Agua

Un diminuto chorro de agua es expulsado a tres veces la velocidad del sonido por la boquilla de zafiro; el líquido se junta con una corriente de partículas abrasivas que penetran la superficie. El corte es limpio y el borde, reluciente.

Generalidades

• Orificio de salida ≈ 1/10mm.• Presión de hasta 4000bar• Cortes en frío.• No hay desgaste de herramientas.• Es limpio y ecológico.• Grosor de hasta 8 in.• Existen cojines especiales para

materiales que no pueden ser mojados.

AplicaciónCorta todo tipo de materiales desde metales hasta corte de pañales, telas para globos aerostáticos y productos alimenticios como carnes o pollos.

Corte Con Laser

El proceso consiste en la focalización del haz láser en un punto del material que se desea tratar, para que éste funda y evapore lográndose así el corte.

LáserLight Amplification by the Stimulated Emission of Radiation

Para formar un láser se requieren:• Un medio “lasérico”• Una fuente de energía para

excitar electrones.• Un camino óptico

Generalidades• La eliminación del material se produce por vaporización• Alto grado de automatización• Flexibilidad en la geometría.• Posibilidad de obtener piezas terminadas con un sólo proceso.• Corte en cualquier dirección• Inexistencia de esfuerzos• Repetitividad• Silencioso• Gran Velocidad

AplicacionesAdaptable a una variada gama de materiales (Metálicos y no metálicos).

Material CO2 O2 N2

Acero al Carbón XAcero Aleado ± Aluminio ±

Corte Con Plasma

El proceso de corte con arco de plasma (PAC) separa metal empleando un arco eléctrico para fundir un área localizada de la pieza de trabajo, que al mismo tiempo elimine el material derretido con un chorro de alta velocidad de gas ionizado que sale por el orificio de constricción.

PLASMA

Consiste en establecer un arco eléctrico ionizando el gas circundante, luego se estrangula el gas haciéndolo pasar por una tobera de pequeño diámetro, de esta manera se obtiene un chorro de plasma.

NitrógenoArgónOxígenoMezcla de Nitrógeno / Hidrógeno Mezcla Argón / Hidrógeno.

Gases Utilizados

• Menor Esfuerzos• Mayor Velocidad de Corte• No hace falta precalentamiento

Ventajas

Desventajas

• Peligros de incendio• Producción de Humo y Gases• Ruido• Materiales conductores

ELECTROEROSIÓN

Es un método de arranque de material que se realiza por medio de descargas eléctricas controladas que saltan, en un medio dieléctrico, entre un electrodo y una pieza.

Electroerosión por Penetración

Se basa en el avance continuo de un electrodo-herramienta que penetra en el electrodo-pieza en presencia de un líquido dieléctrico.

Electroerosión por Hilo

Se controla el corte con un movimiento relativo entre el hilo y pieza. El hilo es de diámetro pequeño, normalmente de 0,25 o 0,3mm. La forma del electrodo no influye directamente en la forma de la pieza

• Menor Esfuerzos de Sujeción• Maquinar Metales Duros• Gran Precisión de Formas

Ventajas Desventajas

• Limitado a materiales conductores.• Cálculos de Potencias e

Intensidades.

Mecanizado QuímicoRemoción de material por acción de una sustancia química– Ácidos → Para Aceros– Álcalis → Para Aluminios

Consta de 4 pasos

• Limpieza• Enmascarillado• Ataque Química• Limpieza y desenmascarillado