Mecanizado por Torneado - Procedimientos de Trabajo - PDF

opositafp.com ©2025 TEMA 38. Mecanizado por torneado: Procedimientos de trabajo para las formas de mecanizado más usuales. Parámetros de mecanizado. Fuerzas que intervienen en el mecanizado. Índice 1. Introducción........

opositafp.com ©2025 TEMA 38. Mecanizado por torneado: Procedimientos de trabajo para las formas de mecanizado más usuales. Parámetros de mecanizado. Fuerzas que intervienen en el mecanizado. Índice 1. Introducción................................................................................................................. 2 2. Principios del mecanizado por torneado....................................................................... 2 3. Procedimientos de trabajo en las formas de mecanizado más usuales........................... 2 3.1. Torneado cilíndrico exterior e interior.......................................................................... 2 3.2. Refrentado.................................................................................................................... 4 3.3. Ranurado....................................................................................................................... 4 3.4. Tronzado........................................................................................................................ 4 3.5. Roscado......................................................................................................................... 4 3.6. Taladrado...................................................................................................................... 5 3.7. Torneado cónico............................................................................................................ 5 3.8. Moleteado..................................................................................................................... 5 3.9. Chaflanado.................................................................................................................... 6 3.10. Torneado excéntrico................................................................................................. 6 4. Parámetros de mecanizado en el torneado................................................................... 6 4.1. Velocidad de corte (Vc)................................................................................................. 6 4.2. Avance por revolución (Fn)........................................................................................... 6 4.3. Profundidad de pasada (Ap).......................................................................................... 7 4.4. Revoluciones por minuto (N)........................................................................................ 7 4.5. Tiempo de corte (Tc)..................................................................................................... 8 4.6. Caudal de viruta (Q)...................................................................................................... 8 4.7. Vida útil de la herramienta (Taylor).............................................................................. 8 4.8. Fórmula del rendimiento constante en mecanizado (Dennis)...................................... 9 5. Fuerzas que intervienen en el torneado...................................................................... 10 6. Factores que influyen en las fuerzas de mecanizado.................................................... 11 6.1. Material de la pieza..................................................................................................... 11 6.2. Geometría de la herramienta...................................................................................... 11 6.3. Parámetros de corte.................................................................................................... 11 7. Conclusión................................................................................................................. 11 8. Bibliografía................................................................................................................ 11 a) Bibliografía...................................................................................................................... 11 b) Webgrafía........................................................................................................................ 12 1 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 1. Introducción El proceso de torneado es fundamental en el mecanizado, permitiendo la fabricación de piezas con alta precisión y repetitividad. En el torneado, la pieza gira sobre su propio eje mientras una herramienta de corte se desplaza para eliminar el material y generar superficies habitualmente cilíndricas o de revolución. Su relevancia en la fabricación de piezas de precisión, y su amplio uso en la producción en serie, hacen del torno una máquina indispensable en cualquier taller que se dedique al mecanizado. Este tema tiene como objetivo analizar los procedimientos de trabajo más usuales en el torneado, los parámetros que influyen en el proceso y las fuerzas que intervienen en la eliminación de material, proporcionando una visión técnica completa que será útil tanto para la docencia como para su aplicación en el entorno laboral. 2. Principios del mecanizado por torneado El torneado es un proceso de mecanizado por arranque de viruta en el cual una pieza, generalmente cilíndrica, gira sobre su eje mientras una herramienta de corte se desplaza sobre su superficie. La herramienta de corte se mueve en un plano paralelo o perpendicular al eje de rotación, y su acción permite la eliminación progresiva de material hasta lograr la forma deseada. Un factor crítico es el control de las vibraciones durante el mecanizado, que puede afectar el acabado superficial y la vida útil de la herramienta. Este proceso es ampliamente utilizado en la fabricación de componentes de precisión, como ejes, cilindros y pernos, y se puede realizar tanto en tornos convencionales como en tornos CNC (Control Numérico Computerizado). 3. Procedimientos de trabajo en las formas de mecanizado más usuales A continuación, se describen las principales formas de mecanizado que se llevan a cabo mediante el proceso de torneado. 3.1. Torneado cilíndrico exterior e interior El torneado cilíndrico exterior consiste en la eliminación de material en la superficie externa de una pieza giratoria para reducir su diámetro. En el torneado cilíndrico interior, también conocido como mandrinado, el material se elimina en el interior de la pieza para crear orificios o cavidades de diámetro preciso. 2 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 Para realizar ajustes dimensionales con tolerancias centesimales (40h7) en cilindrado interior y exterior, por ejemplo para el ajuste de rodamientos, debe usarse una herramienta bien afilada, o con radio de punta pequeño, y existen varios procedimientos conocidos:  Usando reloj comparador: el reloj comparador se imanta sobre un punto fijo, como el carro longitudinal, y se posiciona la sonda sobre la torreta portaherramienta para visualizar el desplazamiento centesimal del carro transversal. Hay que tener en cuenta que, de este modo se mide el desplazamiento radial, y no el diametral. Por tanto, el diámetro reducirá el doble de la profundidad de corte (Ap) medida.  Inclinando el carro orientable 2,86º: este procedimiento aparece en la página nº628 del libro de Casillas. Con esta inclinación conseguimos una reducción de Ap del 5% ya que se forma un triángulo rectángulo de pocos grados en el que nos desplazamos a través de la hipotenusa. Es decir, cada milímetro de desplazamiento del charriot producirá un avance radial de la herramienta de 0.05mm, y diametral de 0.1mm. Si avanzamos 0.1mm en el charriot, realmente estaremos avanzando 0.005mm radialmente. O sea, que tendremos la opción de cortar 1 centésima diametralmente. 3 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025  Dos pasadas idénticas sin retirar herramienta: este procedimiento no se recoge en ningún manual porque es producto de la experiencia en mecanizado. No es tan preciso como los dos anteriores, pero funciona relativamente bien y se gana mucho tiempo de mecanizado. Consiste en realizar las dos últimas pasadas con las mismas condiciones de corte (Ap, Fn, N). 1. Se realiza la primera pasada y se para la máquina con la herramienta en contacto con la pieza al final de la pasada. 2. Se vuelve atrás sin tocar el carro transversal. Se marcará una línea horizontal en la pieza con la punta de la herramienta, pero no importa porque luego desaparece. 3. Se mide el diámetro mecanizado con mucho cuidado de no apoyarnos sobre los carros para mantener la misma posición. 4. Se introduce la profundidad de corte restante y se vuelve a cilindrar con el mismo avance y revoluciones. 3.2. Refrentado El refrentado es un proceso de mecanizado en el que la herramienta se mueve perpendicularmente al eje de rotación, con el fin de mecanizar la cara frontal de una pieza, logrando superficies planas y perpendiculares al eje de rotación. El refrentado puede hacerse des del lado operario hacia el eje de rotación de la pieza o, al revés, des del lado máquina hacia el eje de rotación. En cada caso, el sentido de giro de la pieza será diferente. 3.3. Ranurado El ranurado implica la creación de una ranura, o canal, en la superficie de la pieza. Este procedimiento se realiza normalmente mediante una herramienta de corte trapezoidal, o un inserto, que elimina material en una franja estrecha. El ranurado puede ser frontal o periférico, siendo este último el más usual. 3.4. Tronzado El tronzado es el proceso de corte de una pieza en dos partes. Es similar al ranurado, pero en este caso se llega hasta el centro de la pieza para poder cortarla. Para ello, el filo de corte de la herramienta debe tener una ligera inclinación en el plano horizontal y así refrentar perfectamente la cara de la pieza antes de separarse de la otra. 3.5. Roscado El roscado en torno permite la creación de roscas en la superficie exterior o interior de la pieza. Esto se logra mediante la sincronización entre la rotación de la pieza y el movimiento de avance de la herramienta determinado por el paso de la rosca. Para roscas pequeñas solemos usar machos e hileras de cómo las del roscado manual. También se puede roscar por laminación en el torneado. Para el roscado con cuchilla existen diferentes procedimientos: 4 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025  Roscado con penetración radial: para pasos pequeños hasta 2mm. La herramienta entra perpendicularmente al eje de rotación de la pieza. La distancia radial a recorrer por la herramienta de plaquita en las roscas métricas es de 0.65 x paso. Diametralmente es 1.3 x paso.  Roscado con penetración en flanco: para pasos a partir de 2.5mm. Se inclina el charriot a la mitad del ángulo de rosca y se mecaniza la rosca entrando por la hipotenusa del triángulo formado entre el flanco y la perpendicular al eje de rotación de la pieza. Se mecaniza con el charriot y su desplazamiento radial es de 0.866 x paso.  Apertura de rosca: para pasos a partir de 2.5mm. Se combina la penetración radial de la herramienta con un pequeño desplazamiento horizontal en avance del charriot. Para roscas métrica, el desplazamiento horizontal máximo del charriot debe ser un tercio (1/3) del desplazamiento diametral de la herramienta. Estos dos últimos procedimientos reducen considerablemente el rozamiento de la cuchilla durante el roscado, lo que permite realizar la rosca con menos pasadas y menos tiempo. 3.6. Taladrado El taladrado se lleva a cabo mediante una broca, y se utiliza para realizar agujeros en la pieza. En el torno, la pieza gira mientras la herramienta de taladrado avanza axialmente. La herramienta suele montarse en un portabrocas, con cono morse, en el contracabezal (contrapunto). 3.7. Torneado cónico El torneado cónico se emplea para fabricar piezas con una sección transversal que varía en diámetro a lo largo de su longitud. Se puede realizar de dos modos:  Los conos relativamente cortos se realizan ajustando el ángulo de la herramienta respecto al eje de rotación gracias al carro orientable (charriot).  Los conos muy largos con poca inclinación, se pueden realizar mediante el desplazamiento angular del contrapunto, mecanizando la pieza entre puntos y con ayuda de un perrillo de arrastre. 3.8. Moleteado El moleteado, o grafilado, es una operación de mecanizado con, o sin arranque de viruta. El moleteado sin arranque de viruta se produce por deformación plástica del material, gracias a una rueda dentada endurecida (moleta) que gira sincronizada con la pieza y presiona sus fibras exteriores. 5 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 3.9. Chaflanado El chaflanado es un proceso de torneado a 45º que tiene varias finalidades. Los chaflanes pequeños sirven para eliminar aristas cortantes y evitar así cortes involuntarios al manipular la pieza. Los chaflanes grandes se usan habitualmente para facilitar la entrada de la herramienta durante el proceso de roscado, ya sea manual o a máquina. 3.10. Torneado excéntrico El torneado excéntrico se emplea para mecanizar piezas con geometrías que giran alrededor de diferentes ejes de rotación. El torneado excéntrico puede realizarse de varias formas:  Con un plato de 4 garras independientes. Puede ser interior y exterior.  Con un plato de 3 garras autocentrantes y un suplemento, previamente calculado, entre la pieza y una de las garras. Puede ser interior y exterior.  Trabajando entre puntos y perrillo de arrastre. Previamente se debe haber taladrado los puntos de giro en los extremos de la pieza con ayuda del gramil, la escuadra y la taladradora de columna. Solo puede ser mecanizado exterior. 4. Parámetros de mecanizado en el torneado El proceso de torneado se rige por varios parámetros que deben ser seleccionados adecuadamente para obtener un mecanizado eficiente y preciso. 4.1. Velocidad de corte (Vc) La velocidad de corte se refiere a la velocidad a la que el material es cortado, y depende del diámetro de la pieza y las revoluciones por minuto. Su correcta selección es clave para evitar sobrecalentamientos o desgaste prematuro de la herramienta. Se calcula mediante la fórmula: π·D·N 𝑉𝑐 = 1000 Donde: - Vc = Velocidad de corte (m/min) - D = Diámetro de la pieza o de la herramienta (mm) - N = Velocidad de rotación (rpm) 4.2. Avance por revolución (Fn) El avance por vuelta es la distancia que recorre la herramienta por cada revolución de la pieza. En torneado se designa como Av, o Fn en inglés. Un 6 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 avance adecuado permite obtener una superficie de calidad sin comprometer la vida útil de la herramienta. El avance (Fn) para realizar un buen desbaste debe ser, como máximo, la mitad del radio de punta de la herramienta. Para realizar acabados emplearemos avances más pequeños, alrededor del 25% del radio de punta. Radio punta herramienta 𝐹𝑛 𝑑𝑒𝑠𝑏𝑎𝑠𝑡𝑒 ≤ 2 Radio punta herramienta 𝐹𝑛 𝑎𝑐𝑎𝑏𝑎𝑑𝑜 ≤ 4 Al construir una rosca emplearemos un avance por revolución (Fn) igual al paso de la rosca a construir. En roscas de varias entradas, el avance será igual al paso real de la rosca, es decir, al paso aparente multiplicado por el número de entradas de la rosca. El paso aparente tan solo nos servirá para realizar los cálculos de altura de rosca y profundidad de mecanizado. 𝐹𝑛 𝑟𝑜𝑠𝑐𝑎𝑑𝑜 = 𝑝𝑎𝑠𝑜 𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 · (𝑛º 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠) 4.3. Profundidad de pasada (Ap) La profundidad de pasada es la distancia que penetra la herramienta en la pieza en cada pasada. Determina la tasa de arranque de viruta (caudal de viruta) y afecta la fuerza de corte. Usando plaquitas de corte, la profundidad de pasada deberá ser igual o mayor que el radio de punta de la herramienta para garantizar que el material cortado sea igual al avance en penetración. 𝐴𝑝 ≥ Radio punta herramienta 4.4. Revoluciones por minuto (N) Las revoluciones por minuto son la velocidad a la que gira la pieza. Este parámetro está relacionado con la velocidad de corte y el diámetro de la pieza. Habitualmente, la velocidad de corte es un dato conocido que nos proporciona el fabricante de herramientas y el dato a calcular suelen ser las revoluciones a las que poner a girar la pieza. Se calcula mediante la fórmula: Vc · 1000 𝑁= π·D Donde: - Vc = Velocidad de corte (m/min) - D = Diámetro de la pieza o de la herramienta (mm) - N = Velocidad de rotación (rpm) 7 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 Los tornos de control numérico son capaces de variar automáticamente las rpm a las que gira el cabezal para mantener constante la velocidad de corte y garantizar así un corte homogéneo. 4.5. Tiempo de corte (Tc) El tiempo de corte se calcula en función del avance, la longitud de la pieza y las revoluciones por minuto. Este parámetro es crucial para optimizar los tiempos de producción. Se calcula mediante la fórmula: Lc 𝑇𝑐 = Fn · n Donde: - Tc = Tiempo de corte en minutos (min) - Fn = Avance por revolución de la herramienta (mm/rev) - Lc = Longitud de corte (mm) - N = Velocidad de rotación (rev/min) 4.6. Caudal de viruta (Q) El caudal de viruta es el volumen de material que se mecaniza por unidad de tiempo. Normalmente se expresa en mm³/min. Para poder calcularlo se utilizan los tres parámetros anteriores. La fórmula es la siguiente: 𝑄 = 𝑓 · 𝐴𝑝 · 𝑉𝑐 Donde: - Q = Volumen de material removido (mm³/min) - f = Avance (mm/rev) - Ap = Profundidad de corte (mm) - Vc = Velocidad de corte (m/min) 4.7. Vida útil de la herramienta (Taylor) La fórmula de Taylor es una ecuación utilizada en mecanizado para estimar la vida útil de una herramienta de corte. Esta vida útil se mide en función de la velocidad de corte Vc, la cual influye directamente en el desgaste del filo de la herramienta. La fórmula básica de Taylor es: 𝑉𝑐 · 𝑇 𝑛 = 𝐶 Donde: - Vc = Velocidad de corte (m/min) - T = Vida útil de la herramienta (minutos) - n = Exponente de desgaste, que depende del material de la herramienta y del material de la pieza. 8 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 - C = Constante que depende de los parámetros anteriores. Ejemplo aplicado a una vida útil de 20 minutos: Se puede determinar la velocidad de corte óptima para maximizar el rendimiento sin que la herramienta se desgaste rápidamente. Por ejemplo, si n=0.25 y C=600, entonces para una vida útil de 20 minutos, se calcula la velocidad de corte Vc como: C 600 𝑉𝑐 = 𝑛 = 0.25 = 283 𝑚/𝑚𝑖𝑛 𝑇 20 Esto significa que, para garantizar una vida útil de 20 minutos, la herramienta deberá trabajar a una velocidad de corte de aproximadamente 283 m/min. Si, por el contrario, queremos que la herramienta tenga una vida útil de 60 minutos mecanizando el mismo material, la Vc sería la siguiente: C 600 𝑉𝑐 = = = 215 𝑚/𝑚𝑖𝑛 𝑇 𝑛 600.25 Con esto deducimos que, disminuyendo un 24% la Vc, podemos triplicar la vida útil de una herramienta. 4.8. Fórmula del rendimiento constante en mecanizado (Dennis) El rendimiento constante en mecanizado se basa en maximizar la productividad asegurando que los factores como el avance (f), la profundidad de corte (Ap) y la velocidad de corte (Vc) se optimicen para obtener el mejor balance entre vida útil de la herramienta y tiempo de mecanizado. El concepto de rendimiento constante implica mantener constante la tasa de eliminación de material o productividad a lo largo del ciclo de vida de la herramienta. Es decir, mantener constante el caudal de viruta (Q). Vc3 · f 2 · Ap = C Esta idea se basa en ajustar los parámetros de corte para que, si uno de ellos cambia (por ejemplo, el avance), los otros se ajusten proporcionalmente para mantener un rendimiento constante. Esto está en línea con la fórmula de Taylor, ya que cualquier cambio en la velocidad de corte afecta la vida útil de la herramienta, y para mantener un rendimiento constante, se deben realizar ajustes en los otros parámetros (avance o profundidad de corte). A la vista de la fórmula de Dennis se deduce rápidamente que, una ligera disminución en la Vc, o el avance, nos permitirá aumentar mucho más la profundidad de corte, ya que la Vc y el avance afectan al rendimiento de manera exponencial y, la profundidad de corte afecta de manera directa. Vc13 · f12 · Ap1 = Vc23 · f22 · Ap2 9 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 5. Fuerzas que intervienen en el torneado El mecanizado por torneado está sujeto a diversas fuerzas que influyen tanto en la calidad del acabado como en la vida útil de la herramienta. La fuerza de corte total es la suma vectorial de las siguientes tres componentes: 𝐹 = Fc2 + Fa2 + Fr2 - Fuerza de corte principal (Fc): Es la fuerza más importante (tangente a la superficie). Responsable de vencer la resistencia del material al corte. Le afecta mucho la sección de viruta cortada y la geometría de corte, sobre todo el ángulo de desprendimiento y la arista principal. - Fuerza de avance (Fa): Actúa a lo largo del eje de la herramienta, afectando la estabilidad y la precisión del mecanizado. Suele estimarse en un 33% de la Fc. - Fuerza radial (Fr): Se orienta perpendicularmente a la dirección de corte y puede generar deflexiones en la pieza y vibraciones indeseadas si no se controla adecuadamente. Suele despreciarse en el cálculo, o estimarse en un 20% de la Fc. Es fundamental calcular y controlar estas fuerzas, ya que un exceso puede ocasionar fallos en la herramienta, defectos en la pieza o incluso daños en la máquina. La fuerza de corte puede calcularse experimentalmente como el producto de la fuerza especifica de corte de un material por la sección de viruta cortada. La fórmula es la siguiente: 𝐹𝑐 = 𝐾𝑠 · 𝑆 = 𝐾𝑠 · (𝐹𝑛 · 𝐴𝑝) Donde: - Ks = constante que depende de la calidad del material (N/mm2) - S = sección de viruta cortada. En torneado es avance por profundidad. La potencia mecánica de corte puede calcularse con la siguiente fórmula: Vc · Ap · Fn · Ks 𝑃𝑐 = [Kw] 60000 Donde: - Vc = velocidad de corte en m/min 10 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025 - Ap = profundidad de corte en mm - Fn = avance de la herramienta en mm/rev - Ks = constante que depende de la calidad del material (N/mm2) 6. Factores que influyen en las fuerzas de mecanizado Las fuerzas que intervienen en el torneado no solo dependen de los parámetros de corte, sino también de otros factores. 6.1. Material de la pieza El material de la pieza a mecanizar afecta a la magnitud de las fuerzas de corte. Los materiales más duros generan mayores fuerzas, lo que requiere herramientas más robustas y parámetros de corte adecuados. 6.2. Geometría de la herramienta La forma de la herramienta, particularmente su ángulo de incidencia y ángulo de filo, influye directamente en las fuerzas de mecanizado. Un ángulo de desprendimiento adecuado puede reducir las fuerzas de corte y mejorar la calidad del mecanizado. El ángulo de posición del filo de la herramienta respecto a su desplazamiento también afecta mucho a la generación de esfuerzos de corte. 6.3. Parámetros de corte La velocidad de corte, el avance y la profundidad de pasada influyen directamente en las fuerzas que se generan durante el torneado. Parámetros inadecuados pueden provocar un desgaste acelerado de la herramienta o defectos en la pieza. 7. Conclusión El mecanizado por torneado es un proceso esencial en la industria del mecanizado, permitiendo la fabricación de piezas con alta precisión. Los procedimientos de trabajo, los parámetros de mecanizado y las fuerzas que intervienen en el proceso deben ser controlados rigurosamente para lograr un mecanizado eficiente y de calidad. La correcta selección de estos elementos asegura una mayor productividad y una optimización de los recursos disponibles en el taller, siendo indispensable para el éxito en la fabricación de componentes. 8. Bibliografía a) Bibliografía  Libros de la antigua formación profesional. Editorial EDEBE.  Pérez, J. Procesos de mecanizado en el torno. Paraninfo 11 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas  opositafp.com ©2025  Krar, S.F. Tecnología de las Maquinas Herramienta. McGraw-Hill.  Garrido, J.M. Mecanizado en Torno y Fresadora. Paraninfo. b) Webgrafía  Sandvik Coromant. Torneado general. Fórmulas y definiciones.  ISO 3685:1993. Pruebas de vida útil con herramientas de torneado. 12 Rafael López Elsón Especialidad de Mecanizado y Mantenimiento de Máquinas