Procesos de fabricación por arranque de virutas PDF

www.upc.edu Procesos de fabricación por arranque de virutas  Definición  Selección de semiproductos  Maquinabilidad  Elementos cortantes  Movimientos fundamentales  Tipos de operaciones  Funciones que deben cumplir las...

www.upc.edu Procesos de fabricación por arranque de virutas  Definición  Selección de semiproductos  Maquinabilidad  Elementos cortantes  Movimientos fundamentales  Tipos de operaciones  Funciones que deben cumplir las herramientas de corte.  Materiales utilizados en la fabricación de herramientas de corte.  Geometría de la herramienta de corte.  Desgaste en las herramientas. www.upc.edu Definición Mecanizado por arranque de virutas: Proceso que consiste en arrancar en forma de virutas o partículas el exceso de material de un semiproducto previamente concebido, utilizando para ello las máquinas y las herramientas cortantes adecuadas para conseguir la geometría de la pieza deseada y las especificaciones planteadas. 2/32 www.upc.edu Selección de Semiproductos Piezas fabricadas por: En ocasiones, debido a que el proceso de mecanizado Fundición resulta excesivamente caro, la fabricación total de piezas Forja por fundición, por Laminación o deformación o por polvos metálicos se impone sobre Pulvimetalurgia éste. No obstante, hay que tener en cuenta que el En algunos casos, se método de arranque de les han efectuado virutas es el único que permite fabricar piezas con operaciones previas de una exactitud del orden de doblado, soldadura, las micras etc. 3/32 www.upc.edu Maquinabilidad Se define como la capacidad que tienen los materiales de dejarse arrancar una parte de ellos con un útil de corte. También se podía decir que es la habilidad que tienen los materiales de ser mecanizados. 4/32 www.upc.edu Maquinabilidad La maquinabilidad se evalúa mediante la realización de una serie de ensayos en los que se determinan las siguientes características: La duración del afilado de la herramienta La velocidad de corte que se debe aplicar La fuerza de corte en la herramienta La potencia de la máquina herramienta a utilizar El trabajo producto del corte La temperatura en la zona de corte La producción de la viruta El acabado superficial que queda en la pieza elaborada 5/32 www.upc.edu Maquinabilidad La maquinabilidad de un material es afectada por diferentes factores: Composición química Tipo de microestructura Inclusiones o impurezas Dureza y Resistencia Ductilidad y Acritud Tamaño del grano Conductividad térmica Presencia de aditivos libres (Azufre, Plomo, Selenio, Manganeso, Fósforo, etc.) 6/32  Elementos cortantes www.upc.edu Las máquinas herramientas para efectuar el mecanizado utilizan los siguientes elementos: Cuchillas Materiales abrasivos Chispas eléctricas Ultrasonidos Chorro electrónico capaz de volatilizar el material Electrólisis dirigida 7/32  Elementos cortantes www.upc.edu Cuchillas 8/32  Elementos cortantes www.upc.edu Materiales abrasivos Rectificado Electroerosión másica Ultrasonidos 9/32  Elementos cortantes ▫ www.upc.edu Cizalla Soplete láser Chorro de agua 10/32  Elementos cortantes www.upc.edu 11/29 www.upc.edu Exceptuando el corte mediante cuchillas, en el que el material arrancado aparece en forma de tiras fragmentadas (si es frágil) o continuas (si es dúctil), en el resto de los casos se desprenden partículas pequeñísimas. 12/32 www.upc.edu Movimientos fundamentales El arranque de viruta o partícula se realiza mediante la penetración de una herramienta en la pieza de trabajo, cuyo material es de mayor dureza que el de la pieza a cortar. Este enclavamiento ocurre mientras se efectúa el movimiento relativo entre la pieza a trabajar y la herramienta de corte 13/32 www.upc.edu Movimientos fundamentales Movimiento principal o de Corte: Es que el permite que la herramienta penetre en el material, produciendo viruta, y se identifica a través del parámetro Velocidad de Corte (Vc). Movimiento avance: Es el desplazamiento del punto de aplicación del corte. Se identifica a través del parámetro Velocidad de Avance o Avance (a). Movimiento de alimentación: Es con el que se consigue cortar un determinado espesor de material. Se identifica con el parámetro Profundidad de corte o de pasada (t). 14/32 www.upc.edu Movimientos fundamentales 15/32 www.upc.edu Tipos de operaciones Según el grado de acabado superficial que ha de quedar en la pieza de trabajo, se distinguen tres tipos de operaciones: Desbaste: El material eliminado es del orden de los milímetros o las décimas de milímetros y su finalidad es aproximar las dimensiones de la pieza a la medida final, en el menor tiempo posible desplazando para ello la cuchilla de corte con altas velocidades de avance y velocidades de corte bajas. Acabado: El material eliminado es del orden de las centésimas de milímetros y su finalidad es la obtención de piezas con las medidas finales y con superficies poco rugosas. Para ello las velocidades de avance son bajas y las velocidades de corte son más altas que en el desbaste. Súper-acabado: Tiene como finalidad alcanzar medidas muy precisas y muy buenos acabados superficiales. El orden del material rebajado es de las milésimas de milímetros. Las velocidades de corte y de avance son muy altas, desprendiéndose partículas de material producto de la abrasión. 16/32  Proceso de arranque de material www.upc.edu por medio de cuchillas De los elementos que se utilizan para arrancar material en los procesos de mecanizado por arranque de viruta, uno de lo más utilizados es la cuchilla. El material desprendido se presenta, en este caso, en forma de viruta. El diseño y las formas de las cuchillas utilizadas en estos procesos se basan en el Buril, que fue la primera herramienta utilizada para este fin. El buril no es más que una barra rectangular de acero afilada en su extremo como un diedro que actúa como cuña. 17/32  Proceso de arranque de material www.upc.edu por medio de cuchillas La herramienta se compone de: Parte activa : Aquella que realiza el arranque de material. Parte auxiliar : Destinada a soportar y fijar la parte activa. Las características fundamentales de la parte activa de la herramienta vienen dadas por el material de que está compuesta y su geometría. 18/32  Proceso de arranque de material www.upc.edu por medio de cuchillas Funciones que deben cumplir las herramientas de corte: Garantizar la obtención de medidas precisas y superficies bien acabadas Mecanizar cualquier tipo de material Ofrecer un máximo rendimiento con un mínimo desgaste Disponer de una larga duración del filo de corte, ya que se ahorran afilados Lograr que la viruta salga fácilmente Capacidad para absorber elevadas temperaturas. Por qué???? Soportar grandes esfuerzos de corte sin deformarse Tener alta resistencia al desgaste 19/32  Proceso de arranque de material www.upc.edu por medio de cuchillas Para alcanzar estas prestaciones hay que hacer una selección adecuada del material y de la geometría de las herramientas, basándose en: Tipo de operación a realizar Material de la pieza de trabajo Máquina-herramienta a utilizar 20/32 www.upc.edu Materiales utilizados para fabricar herramientas de corte Propiedades que deben tener: Dureza a alta temperatura Características térmicas – Conductividad alta – Coeficiente de dilatación bajo – Calor específico alto Coeficiente de rozamiento bajo Alta Tenacidad Resistencia al impacto Resistencia al desgaste Dureza en caliente Químicamente inerte respecto a la pieza de trabajo Químicamente estable frente a la oxidación y la disolución 21/32  Materiales utilizados para fabricar herramientas de corte www.upc.edu 22/16  Materiales utilizados para fabricar www.upc.edu herramientas de corte Ejemplos de Materiales y Velocidades de corte con las que se pueden trabajar (para mecanizar piezas de acero) Materiales Velocidades de corte Aceros al carbono 6 – 10 m/min Aceros rápidos 25 – 30 m/min Aceros extra rápidos 40 – 50 m/min Aleaciones de metales fundidos (Estelitas) 50 – 60 m/min Carburos metálicos o metal duro (Widia) 100 – 120 m/min (desbaste) 200 – 250 m/min (acabado) Materiales cerámicos 500 m/min 23/32  Materiales utilizados para fabricar www.upc.edu herramientas de corte Ejemplos de Materiales y Velocidades de corte con las que se pueden trabajar en operaciones de desbaste y acabado(para mecanizar piezas de acero) Desbaste Acabado Velocidades en m/min Acero al Caburos Acero al Acero Carburos Acero rápido carbono metálicos carbono rápido metálicos 400 N/mm2 12 25 200 20 30 300 Acero 600 N/mm2 10 20 150 15 25 180 800 N/mm2 8 15 100 12 20 130 Latón 20 30 300 32 40 400 Bronce 12 18 200 20 25 300 Metales ligeros 40 60-200 75-300 100 100-700 200-2000 24/32  Geometría de la herramienta de corte www.upc.edu 25/32  Geometría de la herramienta de corte www.upc.edu Ángulos que forman la geometría de la herramienta de corte α : Ángulo de incidencia β : Ángulo de filo (o arista) γ : Ángulo de desprendimiento δ : Ángulo de corte φ : Ángulo de posición principal φ1: Ángulo de posición secundario ψ : Ángulo de punta λ : Ángulo de caída Nota: Ángulo de caída, para reforzar la punta sobretodo en operaciones de desbaste. Relaciones : φ + ψ + φ1 = 180º α + β + γ = 90º 26/32  Geometría de la herramienta de corte www.upc.edu Influencia del ángulo de incidencia(α) El ángulo de incidencia depende, principalmente de: 1. La resistencia del material de la herramienta. 2. La resistencia y dureza del material de la pieza. 27/32  Geometría de la herramienta de corte www.upc.edu Ángulo de desprendimiento (γ) El ángulo de desprendimiento se selecciona en función de: 1. La resistencia del material de la herramienta. 2. La resistencia del material a mecanizar. 3. El calor desarrollado durante la mecanización. 28/32  Geometría de la herramienta de corte www.upc.edu Ángulo de posición principal (φ) Fuerza de corte Fuerza de corte Características: El ángulo de posición ϕ se mueve entre 0 y 90º. En la figura se muestra una herramienta con un ángulo de posición ϕ=90º y otro menor. El ángulo de posición influye sobre: la longitud de contacto herramienta- pieza, el espesor de la viruta y la dirección de la fuerza de corte resultante. Permite un incremento progresivo de las fuerzas de corte al principio y al final de la pasada. Disminuye el espesor de la viruta y, por lo tanto, disminuye la presión sobre el filo. Refuerza la punta de la herramienta. Incrementa la longitud de contacto entre el filo de corte y la pieza, lo cual puede dar lugar a vibraciones. Si φ