Tema 4.2. Procesos de mecanizado convencionales

2.1. Movimientos en el Torneado El torneado es un proceso de mecanizado mediante máquinas herramientas que genera formas cilíndricas con herramientas de un solo punto de corte. Se puede partir de piezas cilíndricas en bruto o mecanizar las creces de mecanizado de piezas procedentes de otros tipos d...

2.1. Movimientos en el Torneado El torneado es un proceso de mecanizado mediante máquinas herramientas que genera formas cilíndricas con herramientas de un solo punto de corte. Se puede partir de piezas cilíndricas en bruto o mecanizar las creces de mecanizado de piezas procedentes de otros tipos de procesos de fabricación (fundición normalmente). Se caracteriza por: - Movimiento fundamental de corte es rotativo y lo realiza la pieza. - Movimiento de avance lineal, realizado por la herramienta. avance Movimiento de corte 6 2.2. Operaciones básicas en el torneado Torneado exterior 1. Cilindrado exterior 2. Refrentado 3. Perfilado 4. Perfilado de piezas pequeñas, largas y esbeltas 2 1 4 3 7 2.2. Operaciones básicas en el torneado Torneado exterior 5. Ranurado lateral y frontal 6. Tronzado 7. Copiado 8. Roscado de exteriores 7 5 8 6 8 2.2. Operaciones básicas en el torneado Torneado interior 1. Cilindrado interior 2. Refrentado interior 3. Perfilado interior 4. Mecanizado de pequeños agujeros 5. Roscado interior 5 4 1 2 1 3 9 2.3. Tipos de Torno Torno paralelo universal: es el torno convencional, para series cortas, piezas pequeñas y medianas. Piezas sujetas en un plato de garras, en voladizo o apoyadas en contracabezal. Torno vertical: la pieza va dispuesta con el eje vertical. Usado para piezas voluminosas y pesadas. 10 2.3. Tipos de Torno Torno al aire: para el mecanizado de piezas de gran diámetro y pequeña longitud, sujetas en plato y mecanizadas al aire. Husillo horizontal. Torno copiador: son tornos paralelos, con una serie de dispositivos que dan a la herramienta un desplazamiento automático, de acuerdo con el perfil de una plantilla 11 2.3. Tipos de Torno Torno revolver: no disponen de contracabezal; en su lugar tienen un carro con una torreta giratoria, denominada revólver, donde van dispuestas diversas herramientas. Torno CNC: el control de los movimientos de la herramienta y del resto de operaciones las realiza un autómata programable gobernado por un PC 12 2.4. El torno paralelo Elementos de un torno paralelo CABEZAL FIJO CARROS CONTRAPUNTO LIRA CAJA NORTON BARRAS DE CILINDRAR Y ROSCAR BANCADA Nota: se estudia en prácticas 13  2.5. Herramientas de tornear MOLETEADO RANURADO REFRENTADO TORNEADO CÓNICO CILINDRADO TALADRADO 14 2.5. Herramientas de tornear Herramienta Plaquita (inserto) enteriza Cilindrado Refrentado Torneado cónico Ranurado Tronzado 15 2.5. Herramientas de tornear Taladrado Moleteado 16 2.5. Herramientas de tornear Roscado Roscado con macho 17 2.6. Elementos de sujeción Sujeción de la pieza por plato (al aire, voladizo) Plato universal Plato de garras independientes Dispone de tres garras y es autocentrante Cada garra se ajusta de forma El más habitual en torneado independiente a la forma de la pieza Plato plano Se utilizan bridas y tornillos para sujetar la pieza 18 2.6. Elementos de sujeción Sujeción de la pieza entre puntos Sujeción de la pieza con lunetas Reduce las deformaciones en piezas más Se usan lunetas como apoyos esbeltas intermedios en el mecanizado de piezas largas Sujeción piezas pequeñas Mediante pinzas intercambiables 19 2.6. Elementos de sujeción Sujeción de la herramienta  Carro portaherramientas  Charriot Portaherramientas Herramienta Mango de sujeción 20 3. Fresado 3.1. Introducción 3.2. Tipos de fresadoras 3.3. Operaciones de fresado 3.4. Herramientas de fresado 21 3.1. Introducción Concepto de fresado: Operación de mecanizado donde el movimiento fundamental de corte es rotativo y lo proporciona la herramienta y el movimiento principal de avance es rectilíneo y lo proporciona la pieza o la herramienta. Operación de corte intermitente: los dientes de la fresa entran y salen de la superficie de trabajo varias veces en una vuelta 22 3.1. Introducción Ventajas: Alta eficiencia del mecanizado Buen acabado superficial Precisión y flexibilidad en la producción de formas Contrapartidas: Material y geometría de la herramienta y máquina diseñados para soportar altas fuerzas de impacto y choques térmicos en cada rotación El fresado es el método de mecanizado más flexible que existe y permite crear prácticamente cualquier tipo de volumen. La contrapartida de esta flexibilidad es que el proceso implica muchas variables y por ello es más complejo optimizarlo. 23 3.1. Introducción Movimientos: Movimiento de corte: circular por rotación de la fresa Movimiento de avance: rectilíneo, principalmente, por desplazamiento de la pieza Movimiento de penetración: rectilíneo, realizado por la pieza o la herramienta, dependiendo del tipo de fresadora Mc Ma M ac M Mp Mp Mc Ma 24 3.1. Introducción Tipos de fresado: según posición eje fresa – superficie mecanizada Fresado cilíndrico, periférico o tangencial (a)  Eje herramienta paralelo a superficie mecanizada  Trabajan dientes periféricos  Espesor de viruta variable  Superficies con ondulaciones Fresado frontal (b)  Eje herramienta perpendicular a superficie mecanizada  Trabajan dientes periféricos y frontales  Espesor de viruta sensiblemente constante a b 25 3.1. Introducción Tipos de fresado: según la relación movimiento de corte / avance Fresado en oposición (c)  Avance en sentido contrario a la dirección del corte  Mayor longitud de viruta  mas tiempo de trabajo  Al comenzar, filo no corta  gran rozamiento (desgaste y martilleo)  Esfuerzos de corte tienden a sacar la pieza de sus apoyos Fresado en concordancia (d)  Avance y corte en mismo sentido  Evita riesgo de resbalamiento y martilleo  Tiende a arrastrarla la pieza  sólo en fresas muy robustas sin juego axial  Presenta peor aspecto superficial Concordancia Mc Mc Mc Ma Ma c d Oposición Ma 26 3.2. Tipos de fresadoras Tradicionalmente, las fresadoras se han clasificado según la posición del eje principal de giro en: horizontales, verticales y universales Vertical Horizontal Universal 27 3.2. Tipos de fresadoras Fresadora Universal 28 3.3. Operaciones de fresado Recanteado Mecanizado de un canto (una sola superficie) Operación de fresado lateral aplicado en pasadas de herramienta de contorneado. 29 3.3. Operaciones de fresado Planeado El planeado es la operación de fresado más habitual Se puede realizar utilizando una amplia gama de herramientas distintas. Las fresas con ángulo de posición de 45º son las que se utilizan con más frecuencia, pero las fresas con plaquita redonda, las fresas de escuadrar y las fresas de disco también se utilizan en determinadas condiciones. 30 3.3. Operaciones de fresado Fresado en escuadra Se generan dos superficies al mismo tiempo. Requiere combinar fresado periférico y planeado. Es posible realizar fresado en escuadra con fresas para escuadrar tradicionales y también utilizando fresas de ranurar, fresas de filo largo y fresas de disco. 31 3.3. Operaciones de fresado Perfilados El fresado de perfiles cubre el fresado multi-eje de superficies cóncavas y convexas en dos y tres dimensiones. 32 3.3. Operaciones de fresado Tornofresado Fresado de una superficie curva mientras se hace girar la pieza alrededor de su punto central. Permite crear formas y estructuras excéntricas que difieren considerablemente de las que se producen con métodos convencionales Es posible producir una superficie cilíndrica sólo con avanzar la fresa en dirección radial durante la rotación. Si la fresa se desplaza simultáneamente en dos direcciones, es posible crear superficies excéntricas, por ejemplo, levas. Es posible producir piezas, como álabes de turbina, avanzando la fresa en más de 2 ejes y, simultáneamente, girando la pieza. 33 3.3. Operaciones de fresado Fresado de ranuras El fresado de ranuras es una operación en la que es preferible el uso de fresas de disco a las de ranurar. La selección de la herramienta viene determinada normalmente por la anchura y profundidad de la ranura y, hasta cierto punto, por su longitud. Las fresas de disco ofrecen el método más eficiente para fresar gran volumen de ranuras largas y profundas, especialmente cuando se utilizan fresadoras horizontales. La evolución de las fresadoras verticales y de los centros de mecanizado, implica que también se utilicen con frecuencia fresas de ranurar y de filo largo en distintas operaciones de fresado de ranuras. 34 3.3. Operaciones de fresado Fresado de roscas El fresado de roscas en piezas estacionarias es una buena alternativa a la utilización de machos de roscar y también puede suponer una alternativa al torneado de roscas. 35 3.3. Operaciones de fresado Métodos específicos Fresado en Fresado de plunge cajas Cavidades cerradas Métodos de recorte 36 3.4. Herramientas de fresado Fresas Enterizas Con insertos 37 3.4. Herramientas de fresado Fresas Cilíndricas De disco De ranurar en T Cónicas De forma De serrar De vástago 38 4. Taladrado Características La taladradora es una maquina-herramienta que se emplea para el mecanizado orificios También puede emplearse para la generación de roscas mediante terrajas (roscado con macho) Movimientos: El movimiento de corte Mc lo efectúa la herramienta mediante giro del husillo. El movimiento de avance Ma lo efectúa también la herramienta. No se considera movimiento de profundidad (penetración). Mc Ma 39 4. Taladrado Clasificación Con avance automático Según el accionamiento del avance Manuales o sensitivas Según la posición del husillo Verticales Horizontales Mandrinadora Taladradora 40 4. Taladrado Clasificación Las más usadas Verticales De sobremesa De columna o de montante De bandera o radial De husillos múltiples o multihusillo De precisión (punteadora) 41 4. Taladrado Herramientas Broca helicoidal MANGO Un cuerpo aproximadamente cilíndrico con dos ranuras helicoidales profundas y opuestas entre sí. CUELLO Una parte activa en las proximidades de la punta de la herramienta, constituida por dos aristas de corte. Un mango cilíndrico o cónico con, opcionalmente una lengüeta de arrastre CUERPO 42 4. Taladrado Geometría de la parte activa 43 4. Taladrado Geometría del cuerpo Según material a taladrar Ángulo de Hélice Ángulo de Punta Acero Inox. Fundición gris Acero muy Baquelita Cobre Fundición maleable duro Plásticos Aleaciones Al Latón 44 4. Taladrado Herramientas Tipos de brocas Broca para agujeros de centrado Broca con mango cilíndrico Broca con mango cónico Broca con mango cilíndrico, serie larga Broca con mando cilíndrico, serie extralarga Broca con mango cónico y plaquitas de metal duro 45 4. Taladrado Operaciones en la taladradora Re - Taladrado Taladrado Abocardado Avellanado Escariado Centrado taladrado escalonado Otras operaciones: Refrentado. Trepanado. Roscado con macho. 46 5. Centros de mecanizado El método tradicional de mecanizado consiste en el uso de máquinas- herramienta como las descritas en los puntos anteriores para realizar operaciones de mecanizado individuales. Este método genera inconvenientes en términos de productividad ya que las piezas deben ser movidas entre máquinas y es preciso realizar operaciones de pre-proceso específicas (sujeción, programación, etc.) en cada máquina. Para evitar problemas como los descritos, en los años 1950 surgen los Centros de mecanizado. Los centros de mecanizado son máquinas-herramienta avanzadas controladas por computadora capaces de realizar distintas operaciones de mecanizado en distintas superficies y con distintas orientaciones de las piezas, sin tener que retirar la pieza de su dispositivo de sujeción. La pieza de trabajo es generalmente estacionaria. Algunas características incluyen: cambio automático de herramientas, paletas transportadoras y posicionamiento automático de las piezas de trabajo. 47 5. Centros de mecanizado Los centros de mecanizado ofrecen la posibilidad de realizar en una misma máquina los distintos tipos de operaciones. Así, es posible realizar operaciones de fresado, taladrado o torneado. Este tipo de máquinas-herramientas permiten trabajar con mayor flexibilidad y con un mayor número de grados de libertad. Así, es posible el mecanizado de geometrías cada vez más complejas. Los desarrollos CAM implican que las maquinas de cinco y más ejes son cada vez mas comunes. 48 6. Procesos con movimiento principal rectilíneo Características Obtención de generatrices rectas y paralelas empleando: 1. herramientas de arista de corte único y movimiento de corte rectilíneo, con arranque de viruta discontinuo; 2. herramientas de corte múltiple con movimiento de corte rectilíneo o helicoidal y arranque de viruta continuo. Limadora Clasificación A la herramienta Brochadora Mortajadora Por aplicación del movimiento principal A la pieza Cepilladora Limadora Horizontal Brochadora horizontal Por la dirección del Cepilladora movimiento principal Vertical Mortajadora Brochadora vertical Por el tipo de Mecánico accionamiento Hidráulico 49 6. Procesos con movimiento principal rectilíneo Limadora (cepillo corto) Máquina de corte longitudinal, animada de movimiento rectilíneo alternativo. Realiza la operación de mecanizado mediante su herramienta monofilo. Se utilizan principalmente para planear superficies de pequeñas dimensiones, ranurados de ejes, perfilados de punzones, etc. 50 6. Procesos con movimiento principal rectilíneo Limadora (cepillo corto) Movimientos: El movimiento de corte Mc se produce por desplazamiento longitudinal de la herramienta. El movimiento de avance Ma se realiza por desplazamiento transversal de la pieza. El movimiento de profundidad de pasada Mp se ejecuta por desplazamiento vertical de la herramienta Movimiento de penetración Movimiento de corte Movimiento de avance 51 6. Procesos con movimiento principal rectilíneo Limadora Elementos: 52 6. Procesos con movimiento principal rectilíneo Cepilladora Herramienta que permanece estática La mesa de la máquina da a la pieza el movimiento alternativo de vaivén que origina el corte Se denominan también planeadoras, porque uno de sus usos más comunes es el planeado de superficies de grandes dimensiones (Limadora  problema  Pérdida de estabilidad y linealidad al final de la carrera en piezas muy largas) Las cepilladoras no se usan para mecanizar grandes series debido al elevado tiempo de mecanizado que se precisa. 53 6. Procesos con movimiento principal rectilíneo Cepilladora Movimientos: 1. El movimiento de corte Mc se produce por desplazamiento longitudinal de la pieza. 2. El movimiento de avance Ma se realiza por desplazamiento transversal de la herramienta. 3. El movimiento de profundidad de pasada Mp se ejecuta por desplazamiento vertical de la herramienta. Movimiento de penetración Movimiento de avance Movimiento de corte 54 6. Procesos con movimiento principal rectilíneo Mortajadora (limadora vertical) Arranca material linealmente en el interior de un agujero o de una cámara Se mueve de forma vertical o ligeramente inclinada con movimiento alternativo de ida y vuelta. Agujeros muy diversos, ejecución de ranuras, chaveteros, tallar engranajes, etc. 55 6. Procesos con movimiento principal rectilíneo Mortajadora (limadora vertical) Movimientos: El movimiento de corte Mc se produce por desplazamiento longitudinal y vertical de la herramienta. El movimiento de avance Ma se realiza por desplazamiento transversal o circular de la pieza. El movimiento de profundidad de pasada Mp se ejecuta por desplazamiento longitudinal o axial de la pieza. Movimiento de corte Movimiento de avance Movimiento de penetración 56 6. Procesos con movimiento principal rectilíneo Brochadora Arranque lineal y progresivo de la viruta, interior o exterior, con una hta especial multifilo, la brocha Movimientos: 1. El movimiento de corte Mc se realiza por desplazamiento rectilíneo de la herramienta. 2. El movimiento de profundidad de pasada Mp se produce automática y progresivamente a medida que avanza la herramienta y es constante para cada herramienta. 3. El movimiento de avance Ma no existe. 57 7. Mecanizado con abrasivos Concepto de abrasivo Materiales, naturales o artificiales, de gran dureza, que en forma de granos sueltos o aglomerados, se emplean para la limpieza o conformación de toda clase de materiales. Partículas arrancadas sin forma y de menor tamaño (0,001 mm) Fraccionamiento de los granos de abrasivo y desgaste de la muela 58 7. Mecanizado con abrasivos Clasificación de las máquinas con abrasivos Desbaste Esmeriladora (sin precisión) Afilado Afiladora (relativa precisión) Planas Afinado Sin centros Rectificadora (Alta precisión) Cilíndricas Especiales Lapeadoras Acabado (Alta precisión) Pulidoras Bruñidoras 59 7. Mecanizado con abrasivos Esmeriladora Afiladora Se utilizan para conseguir unas Su objetivo es realizar el afilado de superficies con irregularidades herramientas de corte superficiales muy bajas, es decir, con rugosidad muy reducida 60 7. Mecanizado con abrasivos Rectificadoras Máquinas de alta precisión empleadas para rectificar, a las medidas exactas, las piezas mecanizadas en otras máquinas herramientas. Características: Gran desproporción entre el tamaño de la pieza y la máquina, debido a la necesidad de evitar totalmente las vibraciones para conseguir las precesiones requeridas Los esfuerzos de corte son muy inferiores a los del resto de las máquinas. Sus órganos se calculan para resistir las altas velocidades a que se someten (pueden superarse las 10.000 r.p.m.) Tipos de rectificado: Rectificado plano Rectificado cilíndrico Rectificado sin centros Rectificados especiales 61 7. Mecanizado con abrasivos Rectificadora cilíndrica de exteriores Rectificado de superficies externas de revolución Movimientos: 1. Mov. de corte, por rotación rápida de la muela y lenta de la pieza en el mismo sentido 2. Mov. de avance, por desplazamiento alternativo de la pieza o de la muela 3. Mov. de penetración, por desplazamiento transversal de la muela 62 7. Mecanizado con abrasivos Rectificadora cilíndrica de interiores Rectificado de superficies internas de revolución y superficies planas en extremos de pieza Movimientos: 1. Mov. de corte, por rotación rápida de la muela y lenta de la pieza, en sentido contrario 2. Mov. de avance, por desplazamiento alternativo de la pieza o de la muela. 3. Mov. de penetración, por desplazamiento transversal de la muela 63 7. Mecanizado con abrasivos Rectificadora cilíndrica universal Gran versatilidad: rectificados planos como cilíndricos exteriores e interiores, afilado de herramienta, etc. 64 7. Mecanizado con abrasivos Rectificadora sin centros Utiliza dos muelas, que giran en el mismo sentido a dos velocidades periféricas diferentes que genera un giro lento en la pieza 65 7. Mecanizado con abrasivos Rectificadora de superficies planas De eje portamuelas horizontal o vertical Movimientos: 1. Mov. de corte, por giro de la muela y desplazamiento longitudinal de la pieza 2. Mov. de avance, por desplazamiento transversal de la pieza 3. Mov. de penetración, por desplazamiento vertical de la muela 66 7. Mecanizado con abrasivos Rectificadora especiales Rectificadora de cigüeñales Rectificadora de árboles de levas 67 7. Mecanizado con abrasivos Lapeadora El lapeado se realiza “frotando” la superficia a terminar con una placa y una fina capa de partículas abrasivas suspendidas (disueltas) en un líquido viscoso (aceite soluble, aceite mineral o grasa)  Superacabado  Ra < 0,16 µm 68 7. Mecanizado con abrasivos Bruñidora El bruñido se asocia a superficies de revolución, sobre todo interiores, aunque puede ser exterior. Las características finales de la superficie bruñida son similares a las del lapeado: gran precisión y rugosidad superficial muy buena, además de características geométricas de redondez excelentes. 69