Mecanizado por arranque de material PDF

Conformación por arranque de material  Mecanizado por arranque de viruta Definiciones Fabricación Acción y efecto de fabricar. Se realiza en fábricas. Fabricar Producir objetos en serie, generalmente por medios mecánicos. Fábrica Establecimiento dotado...

Conformación por arranque de material  Mecanizado por arranque de viruta Definiciones Fabricación Acción y efecto de fabricar. Se realiza en fábricas. Fabricar Producir objetos en serie, generalmente por medios mecánicos. Fábrica Establecimiento dotado de la maquinaria, herramienta e instalaciones necesarias para la fabricación de ciertos objetos, obtención de determinados productos y transformación industrial de una fuente de energía.  Mecanizado por arranque de viruta Definiciones Técnica Conjunto de procedimientos y recursos de que se sirve una ciencia o un arte. Ingeniería Conjunto de conocimientos y técnicas que permiten aplicar el saber científico a la utilización de la materia y de las fuentes de energía. Diseño Industrial Actividad proyectual que consiste en determinar las propiedades formales de los objetos producidos industrialmente. Las propiedades formales de un objeto son siempre el resultado de la integración de factores diversos de tipo funcional, cultural, tecnológico y económico.  Mecanizado por arranque de viruta Definiciones Innovación Acción y efecto de innovar. Mudar o alterar las cosas, introduciendo novedades. El manual de Frascati* (OCDE*, 1992) indica que la innovación es la transformación de una idea en: - Un producto vendible nuevo o mejorado. - Un proceso operativo en la industria y/o en el comercio - Un nuevo método de servicio social. Tecnología El conjunto de conocimientos propios de un oficio mecánico o arte industrial. Conjunto de instrumentos y procedimientos industriales de un determinado sector o producto. * Contiene las definiciones básicas y categorías de las actividades de investigación y desarrollo. * Organización para la cooperación y desarrollo económico.  Mecanizado por arranque de viruta Definiciones Fabricación Conjunto de procedimientos y conocimientos destinados a producir objetos (piezas únicas, lotes o series), por diferentes medios (mecánicos, térmicos, eléctricos, ópticos, u otros, y sus combinaciones). Lleva consigo el concepto de materialización de una pieza o componente, desde su definición hasta concepción física y palpable. La elaboración de un componente aislado se denomina Pieza, y de un conjunto de componentes ensamblados se denomina Producto. Ingeniería de Fabricación Desarrollada por personal técnico cualificado, tiene como función conseguir productos viables, “con la calidad requerida”, tanto desde el punto de vista técnico como económico.  Mecanizado por arranque de viruta Definiciones Conformación por arranque de material Procesos de Fabricación que emplean una herramienta de corte y máquina adecuada para eliminar material de la pieza de trabajo (semielaborado). El material se extrae en forma de virutas o partículas, dejando visible una nueva superficie, y repitiéndose la operación hasta alcanzar la forma final deseada (geometría y acabado). La herramienta consta, generalmente, de uno o varios filos o cuchillas que separan la viruta de la pieza en cada pasada. En el maquinado por arranque de viruta se dan los procesos de desbaste (eliminación de mucho material con poca exactitud; proceso intermedio) y de acabado (eliminación de poco material con mucha exactitud; proceso final).  Mecanizado por arranque de viruta Conformación por arranque de material Importancia q Aplicación a una amplia variedad de materiales q Capaz de generar cualquier geometría (combinación de operaciones) q Consigue tolerancias de 1µm y acabados superficiales muy finos. q Fabrican las herramientas y utillajes para otros procesos q Procesos complementarios para completar la pieza final (semielaborados procedentes de cualquiera otro de los procesos de conformación de metales: fusión-moldeo, forja-laminación, Corte o Soldadura). q Procesos caros para la fabricación en serie aunque son los adecuados para series cortas o piezas únicas. Los mecanizados por arranque de material están presente de forma directa o indirecta en la fabricación de cualquier producto.  Mecanizado por arranque de viruta Conformación por arranque de material Importancia La herramienta con un filo de material de elevada dureza y resistencia, se pone en contacto con la pieza de partida, ejerciendo una fuerza suficiente para provocar la fractura en el material de la pieza, que normalmente es de menor dureza y resistencia. El fallo se encuentra bien localizado en el punto de contacto entre pieza y herramienta, sin provocar deformación significativa en el resto de la pieza de trabajo.  Mecanizado por arranque de viruta Conformación por arranque de material Parámetros fundamentales: 1. Velocidad de corte (V): expresa la rapidez de la herramienta con relación a la pieza durante el movimiento de corte o movimiento primario. Se suele expresar en m/min. 2. Avance (a): expresa la canCdad de material que se elimina en cada revolución o en cada pasada de la herramienta. Es el movimiento mediante el cual la herramienta encuentra nuevo material para cortar. Se suele expresar en mm/min. 3. Profundidad (t): expresa la canCdad de penetración en el material a mecanizar. Se expresa en mm. Estos movimientos básicos pueden ser realizados tanto por la herramienta como por la pieza según el procedimiento uClizado.  Máquinas-Herramienta Historia de las Máquinas-Herramienta Capítulo 1: Máquinas y herramientas: Historia de las máquinas y herramientas Capítulo 2: Diseño y uso de Máquinas y Herramientas Parte 1 Capítulo 2: Diseño y uso de Máquinas y Herramientas Parte 2  Clasificación General de Máquinas-Herramienta Mecanizado por arranque de viruta Corte lineal Corte circular Movimiento Movimiento Giro de la Giro de la de la de la pieza pieza herramienta herramienta Limadora Taladros de Fresadora de eje Tornos paralelos vertical columna Cepilladora Mortajadora Tornos verticales Taladros radiales Fresadora de eje Brochadora Tornos al aire horizontal Taladros Tornos copiadores fresadora Fresadora Tornos revolver universal Taladros múltiples Fresadora copiadora etc  Clasificación General de Máquinas-Herramienta Mecanizado por arranque de parRculas Por Por ultrasonidos Por abrasión electroerosión Por penetración Pulidoras Rectificadoras Por hilo Esmeriladoras Superficies cilíndricas Superficies planas Seccionado y corte Corte lineal Corte circular Sierras alternativas Tronzadoras Sierras de cinta  Clasificación General de Máquinas-Herramienta q Operaciones Torneado Torneado Limado Limado- - cepillado cepillado Fresado Fresado Taladrado Taladrado  Mecanizado por arranque de viruta Corte lineal Movimiento de la Pieza CEPILLOS Operaciones básicas Vídeo h1ps://www.youtube.com/watch?v=HV1m91v_9Zg  Mecanizado por arranque de viruta Corte lineal Movimiento de la Herramienta LIMADORAS Operaciones básicas Vídeo h1ps://www.youtube.com/watch?v=TzAtNtsVHm0  Mecanizado por arranque de viruta Corte lineal Movimiento de la Herramienta MORTAJADORAS Operaciones básicas Ranuras Muescas Chaveteros Cepillado verLcal. Vídeo h1p://www.youtube.com/watch?v=DbnuCnr5Q80  Mecanizado por arranque de viruta Corte lineal Movimiento de la Herramienta BROCHADORAS Brochas Vídeo h1p://www.youtube.com/watch?v=jbv6KCfHmII  Mecanizado por arranque de viruta Corte lineal Movimiento de la Herramienta BROCHADORAS Operaciones básicas  Mecanizado por arranque de viruta Corte circular Movimiento de la Pieza TORNOS Operaciones básicas Refrentado Cilindrado exterior Cilindrado interior Roscado exterior Roscado interior Ranurado Tronzado Taladrado frontal Moleteado Copiado Torno copiador Vídeo Moleteado y herramienta h1ps://www.youtube.com/watch?v=7Y7pPtTutYI  Mecanizado por arranque de viruta Corte circular Movimiento de la Pieza TORNOS Torno paralelo convencional Torno verLcal Torno CNC de 5 ejes (vídeo) h1ps://www.youtube.com/watch?v=oGuqDT4yL7w  Mecanizado por arranque de viruta Corte circular Movimiento de la Herramienta FRESADORAS Operaciones básicas Planeado Planeado Contorneado/Escuadrado Contorneado y fresado a escuadra Ranurado Mecanizado de cajeras Taladrado Roscado con macho Avellanado Engranajes genéricos Mandrinado Copiado Copiadora Vídeo h1ps://www.youtube.com/watch?v=ynmjwmhbpSM  Mecanizado por arranque de viruta Corte circular Movimiento de la Herramienta FRESADORAS CONVENCIONALES Fresadora eje verLcal Fresadora eje horizontal Fresadora universal Fresadora de 5 ejes de alta velocidad (vídeo)  Mecanizado por arranque de viruta Corte circular Movimiento de la Herramienta TALADROS Operaciones básicas Punteado Taladrado Escariado Escariadores Avellanado Roscado con macho Trepanado Brocas Ranurado Taladro-Fresadora Avellanadores Contorneado Machos de roscar Broca de trepanar  Mecanizado por arranque de viruta Corte circular Movimiento de la Herramienta TALADROS Taladro de columna Taladro radial Taladro fresadora  Mecanizado por arranque de viruta Corte por seccionamiento Corte Recto-Pequeño Formato SIERRAS Sierra circular Tronzadora  Mecanizado por arranque de viruta Corte por seccionamiento Corte Recto-Gran Formato SIERRAS Sierra de cinta Sierra alternaLva  Mecanizado por arranque de viruta Elección de la maquina herramienta, según: q Geometría a obtener: deducir los movimientos de la herramienta y de la pieza en relación a la forma de las distintas superficies del elemento a maquinar. q Dimensiones de la pieza: los desplazamientos y potencia de trabajo de la máquina- herramienta deben ser suficientes para las necesidades de la pieza a maquinar. q Cantidad de piezas a fabricar : elección más adecuada entre las máquinas de tipo corriente, semiautomático y automático q Tolerancia requerida q Acabado superficial q Costo económico  Mecanizado por arranque de viruta Teoría de formación de la viruta Modelo de corte ortogonal (simplificado). 1. Herramienta tiene forma de cuña 2. Filo perpendicular a la velocidad de corte 3. Viruta generada por deformación a cortante en el plano de trabajo  Mecanizado por arranque de viruta Definición de la herramienta elemental. Ø Ángulo de incidencia (α): 4º a 10º Ø Ángulo de filo (β): 50º a 60º Ø Ángulo de desprendimiento o de ataque (γ): 0º a 45º α + β + γ = 90º  Mecanizado por arranque de viruta En general, es posible diferenciar inicialmente tres tipos de viruta en función del tipo de material y de los parámetros de mecanizado. 1. Viruta discontinua. se desprende en segmentos muy pequeños. Bajas velocidades de corte o pequeños ángulos de ataque (0° a 10°). Materiales frágiles, avances burdos. 2. Viruta Continua. permiten el corte sin fractura. Velocidades de corte relativamente altas, grandes ángulos de ataque (10º a 30º) y poca fricción entre la viruta y la cara de la herramienta. 3. Viruta Continua con borde acumulado. bajas velocidades, alta fricción sobre la cara de la herramienta. Una delgada capa de viruta queda cortada de la parte inferior y se adhiere a la cara de la herramienta. Las secciones grandes de viruta se obLenen con velocidades pequeñas de corte, con velocidades grandes sucede lo contrario.  Mecanizado por arranque de viruta Materiales De la pieza de trabajo Metales, plásticos, madera, cerámicos y compuestos. La facilidad de mecanizado es muy diferente, se evalúa mediante el concepto de maquinabilidad: Maquinabilidad: Aptitud de los materiales a ser conformados por arranque de material. Depende de Composición química Constitución Fuerza de corte. Tamaño de grano Velocidad de corte. Dureza Temperatura generada. Inclusiones Duración del afilado. Acritud Afecta Producción de viruta. Se producen materiales especiales de fácil mecanización  Mecanizado por arranque de viruta HerramientasCaracterísticas funcionales. Instrumento que por su forma especial y por su modo de empleo modifica paulatinamente el aspecto de un cuerpo hasta conseguir el objeto deseado, empleando el mínimo de tiempo y gastando la mínima energía. - Velocidad de corte (v): A la que la herramienta corta la viruta. -Velocidad de avance (a): A la que se enfrenta nuevo material. -Profundidad de pasada (t): Posicionamiento de la herramienta  Mecanizado por arranque de viruta HerramientasCaracterísticas funcionales. Condiciones de corte o Parámetros de mecanizado (torno). q Velocidad de corte (v): v= π x D x N (mm/min) π·D·N /1000 (m/min) q Velocidad de avance (a): a (mm/rev)= az ·z va=a·N (mm/min) az (mm/diente) z = nº dientes q Profundidad de corte (t): p = (D1-D2)/2 (mm) radial (torno) q Velocidad de Eliminación de Material (VEM): VEM = v x a x p (mm3/min) q Tiempo de mecanizado para un cilindrado (tm): tm = Longitud / va = π·D·L / (az ·z ·v) = L / (a · N) (min)  Mecanizado por arranque de viruta Herramientas influencias.  Mecanizado por arranque de viruta Herramientas influencias.  Mecanizado por arranque de viruta Materiales de las herramientas vAceros para herramientas: son aceros al carbono ordinarios con contenido de 0,90 a 1,30 %, buena dureza y resistencia, tenacidad aceptable, afilables, temperatura de trabajo< 200ºC. vAceros rápidos (HSS): son aceros aleados (18% W, 4% Cr, 1% V) ó (8% Mo, 4%Cr, 1% V), tª de trabajo< 600ºC, velocidades de trabajo doble a los anteriores. vCarburos sinterizados: (W como componente principal aglomerado con 3 a 13% Co), mas duras que las anteriores, altas velocidades de trabajo, menos tenaces, pueden reaccionar químicamente con aceros y fundiciones. Suelen usarse en forma de posLzos unidos mecánicamente vCerámicos: resistencia al desgaste, altas velocidades de trabajo (triple que los carburos), no suelen necesitar refrigeración, presentan el inconveniente de ser frágiles. vDiamante: es el material mas duro conocido, grandes velocidades, buenos acabados.  Mecanizado por arranque de viruta HerramientasTipologías -Integrales (High Speed Steel) - Plaquitas intercambiables.  Mecanizado por arranque de viruta Herramientas vida. (intervalo entre dos afilados consecutivos) La herramienta soporta tensiones de contacto intensas y temperaturas elevadas generando desgaste: Consecuencias: - ↑ Fuerzas de corte. - ↑ Consumo de potencia. - ↓ Acabado superficial. - ↓ Acabado dimensional. - ↓ Estabilidad dinámica. Criterios de Fin de vida: - Limitación de especificaciones de pieza. - Limitación de fuerza o potencia requerida. - Tiempo total de operación. - Tasa de desgaste prefijada. - Fallo completo (fractura). Debemos realizar una adecuada selección de los materiales y de las condiciones de corte.  Mecanizado por arranque de viruta Herramientas Vida. Teoría de Denis: demuestra de forma gráfica la necesidad de elegir una velocidad de corte entre unos límites. 1. ↑ velocidad → ↑ duración de la Herr. 2. Rebasado un valor crítico , ↓ duración de la herramienta al elevarse la tª 3. La velocidad de mayor producción de viruta coincide con la mayor duración del filo o mínimo desgaste 4. Existe una velocidad límite que origina la destrucción de la cuchilla en un tiempo muy pequeño Relación entre la velocidad de corte y volumen de viruta entre dos afilados de herramienta consecutivos La velocidad económica de corte no es la de máxima producción de viruta sino a un valor Qm: producción máx de viruta mayor porque la disminución de la producción de viruta por afilado, queda Vm: Velocidad de mínimo desgaste compensada con la menor duración del VL: Velocidad límite (Q=0) mecanizado. Ve: Velocidad económica  Mecanizado por arranque de viruta Herramientas Vida. Influencia sobre la velocidad de mínimo desgaste según Denis - Material de la pieza: la economía en el mecanizado aumenta al disminuir la resistencia del material a trabajar , aumenta el caudal de viruta arrancada y la velocidad de corte empleada. - Refrigeración: el refrigerante absorbe el calor producido durante el corte y aumenta por tanto la duración del filo de la herramienta y el caudal de viruta entre afilados. - Material de la herramienta: el poder de corte aumenta con la calidad de la herramienta. Tendremos mayores velocidades de corte y mayores caudales de viruta entre afilados.  Mecanizado por arranque de viruta Herramientas Vida. Fluidos de corte: Líquidos o gases que se usan en el mecanizado para refrigerar y lubricar el proceso, (disminuir el calentamiento por rozamiento, al mismo tiempo que se enfría la herramienta), pudiéndose aumentar la velocidad de corte. Su uso aumenta notablemente la vida de las herramientas = ↓ costes Tipos: - Refrigerantes: Basados en agua (Taladrinas) - Lubricantes: Basados en aceites Métodos de aplicación: - Manual - Inundación (Sistemas automáticos de filtrado y recirculación) - Niebla  Mecanizado por arranque de viruta Herramientas Vida. Principales objetivos: a) Ayudar a la disipación del calor generado. b) Lubricar los elementos que intervienen en el corte para evitar la pérdida la herramienta. c) Reducir la energía necesaria para efectuar el corte. d) Proteger a la pieza contra la oxidación y corrosión. e) Arrastrar las partículas del material sobrante (limpieza). f) Mejorar el acabado superficial. Propiedades esenciales: 1.Poder refrigerante. debe poseer baja viscosidad, capacidad de bañar bien el metal (para obtener el máximo contacto térmico); alto calor específico y elevada conductibilidad térmica. 2.Poder lubrificante. Tiene la función de reducir el coeficiente de rozamiento en una medida tal que permita el fácil deslizamiento de la viruta sobre la cara anterior de la herramienta.  Mecanizado por arranque de viruta Herramientas Vida. - Aceites minerales: petróleo y productos obtenidos de su destilación; buen poder refrigerante, poco lubrificantes y poco anti-soldantes. se emplean para el maquinado de aleaciones ligeras y algunas veces por las operaciones de rectificado. Tienen la ventaja de no oxidarse fácilmente. - Aceites vegetales y animales: (Aceite de colza) buen poder lubricante y refrigerante, escaso poder anti-soldante. Se oxidan con facilidad. - Aceites mixtos. (proporción de 10% a 30%), tiene un buen poder lubrificante y refrigerante. Son más económicos que los vegetales. - Aceites sintéticos. no contienen nada de aceite mineral en su formulación, en su lugar poseen un polímero lubricante que trata de emular las necesidades de lubricación que poseen las emulsiones por poseer aceite en su formulación. - Consiguen productos extremadamente limpios - Separa el aceite provenientes de fugas en las máquinas - No generan espuma - No propician el crecimiento microbiano - Son muy estables y larga duración - Fácil en el tratamiento de desechos - Generalmente rinden mucho porque tiene sólidos en la fórmula que no se evaporan - Mayor coste  Mecanizado por arranque de viruta Herramientas Vida. Aceites emulsionables: mezcla aceite mineral con agua 1. Emulsiones diluidas (3 a 8%): escaso poder lubrificante; se emplean para trabajos ligeros. 2. Emulsiones medias (8 a 15%): discreto poder lubrificante; se emplean para el mecanizado de metales de mediana dureza con velocidades medianamente elevadas. 3. Emulsiones densas (15 a 30% ). buen poder lubrificante; adecuados para trabajar metales duros de elevada tenacidad. Protegen eficazmente contra las oxidaciones las superficies de las piezas maquinadas.  Mecanizado por arranque de parRculas Mecanizado por abrasión Mecanizado por acción cortante de cuerpos abrasivos ü abrasivo: parqcula dura, pequeña, no metálica, con aristas agudas y forma irregular. üse emplean en formato libre: granos o polvo, arrastrados por un fluido (aire, aceite o petróleo) encolados: granos adheridos sobre un soporte rígido o flexible (bandas) aglomerados: mediante material agluLnante formando muelas abrasivas. Campos de aplicación ü Material pieza ↑ dureza o ↑ fragilidad à Ej. tras tratamiento térmico. ü ↑↑ requisitos de acabado superficial y tolerancias dimensionales y de forma. ü Complemento de mecanizados previos (torneado y fresado) como operaciones de acabado (creces de material son décimas de mm). ü aplicación a gran variedad de geometrías según el proceso de recLficado. ü aplicación a afilado de herramientas de corte  Mecanizado por arranque de parRculas Rugosidad en función del proceso de mecanizado (Corte por sierra) (Taladrado) (Fresado) (Brochado) (Escariado) (Torneado y mandrinado) (RecLficado) (Bruñido) (Pulido) (Lapeado)  Mecanizado por arranque de parRculas Herramientas Abrasivas Materiales abrasivos üNaturales. corindón natural, diamante, cuarzo, esmeril. ü ArLficiales: Convencionales: Corindón arCficial (óxido de aluminio Al2O3) A: para materiales tenaces (aceros, fund. maleable, hierro dulce) Carburo de silicio (SiC) C: para materiales quebradizos (metal duro, cerámica) y dúcLles y blandos (aluminio, latón) Superabrasivos: Nitruro de boro cúbico (CBN o borazón) B, diamante policristalino (PCD) D Muelas abrasivas Cepillo circular abrasivo Rollos de papel abrasivo  Mecanizado por arranque de parRculas Mecanizado por abrasión RECTIFICADORAS PLANAS RecLficadora plana tangencial (de canto) Vídeo  Mecanizado por arranque de parRculas Mecanizado por abrasión RECTIFICADORAS CILÍNDRICAS RecLficadoras Cilíndrica de Exteriores Vídeo  Mecanizado por arranque de parRculas Electroerosión POR PENETRACIÓN Cavidades para moldes Cavidades complejas Electrodos complejos POR HILO Piezas de diwcil mecanización  Mecanizado por arranque de parRculas Electroerosión POR PENETRACIÓN Cavidades para moldes Cavidades complejas Electrodos complejos POR HILO Piezas de diwcil mecanización Por penetración Por hilo  Mecanizado por arranque de parRculas Electroerosión Por penetración Por hilo  Economía del mecanizado Economía del mecanizado Reducir costes es reto muy importante para el éxito de cualquier producto en un entorno competitivo. Costes de fabricación: Materiales Herramientas: fabricación, compra, vida, reutilización, etc. Fijos: energía, consumibles, impuestos, seguros, alquileres, amortizaciones, etc. Capital: terrenos, edificios, maquinaria, equipamiento, instalaciones, mantenimiento, etc. Mano de obra directa: sueldos, cotizaciones, incentivos, etc. Mano de obra indirecta o costes generales: ingeniería, servicios administrativos, supervisión, mantenimiento, control de calidad, investigación, ventas, postventas, etc. Volumen de producción Grandes volúmenes → altas capacidades, técnicas de producción masiva y máquinas especiales (poca mano de obra directa). Bajos volúmenes → más mano de obra directa y con mayor nivel de cualificación.  Economía del mecanizado Los costes de producción dependen de las condiciones de uso de las herramientas de corte. La velocidad de corte es el parámetro de mecanizado más importante, tanto para la vida de las herramientas, como para la planificación de la producción. Se buscan 2 objetivos contrapuestos: Alta velocidad de eliminación de material Larga vida de herramienta Esto da lugar a diferentes estrategias de producción: Prod. Máxima = Tiempo de producción mínimo Prod. Económica = Coste de producción mínimo Prod. Eficiente = Coste/tiempo mínimo  Economía del mecanizado Tiempo de producción Tiempo necesario en completar un lote Nb piezas: 𝑻=​𝑵↓𝒃 ·​𝒕↓𝒊 +​𝑵↓𝒃 ·​𝒕↓𝒎 +​𝑵↓𝒕 ·​𝒕↓𝒄𝒕 ti = tiempo improductivo por pieza (colocar pieza, medir, etc. Depende del operario) tm = tiempo de mecanizado de la pieza (incluye tiempo de vuelta en cepilladora/lima) Nt = nº de herramientas o filos (para mecanizar el lote de Nb piezas) tct = tiempo de cambio de herramienta o filo (no se incluye en ti ) Tiempo promedio de producción : ​𝒕↓𝒑𝒓 =​𝑻/​𝑵↓𝒃 =​𝒕↓𝒊 +​𝒕↓𝒎 +​𝑵↓𝒕 /​ 𝑵↓𝒃 ·​𝒕↓𝒄𝒕 Economía del mecanizado Economía del mecanizado Economía del mecanizado Economía del mecanizado Economía del mecanizado Economía del mecanizado