Instituto Universitario Politécnico "Santiago Mariño" Periodo: 2022-I Sección: SAIA AA-SI
L A T E R M O D I N Á M I C A E N E L C O R T E D E L O S M E T A L E S
PROFESOR: OCTUBRE RAUL ENRIQUE RAMOS BASTIDAS
DE 2021 •
ALUMNOS: GABRIEL TORREALBA.C.I: 27.157.988 N Ú M E R O 1 0GABRIEL • V O L U M VERA. E N 1 2 C.I: 22.659.339 MARÍA GONZÁLEZ.CI:20.343.563 ALEJANDRO CASTRO.CI:20.633.438 JESÚS PÉREZ CI: 23.015.693
Í N D I C E
05 13 27 1. MECANIZADO POR DESPRENDIMIENTO DE MATERIAL
5. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE TALADRADO
2.PARÁMETROS DE CORTE EN LOS PROCESOS DE MECANIZADO
6.HERRAMIENTAS DE TALADRADO
3. CLASIFICACIÓN DE LOS PRINCIPALES PROCESOS DE MECANIZADO
7. OPERACIÓN DE TALADRADO
4. EL PROCESO DE CORTE ORTOGONAL
8. TIPOS DE BROCAS Y TALADROS
M E C A N I Z A D O P O R D E S P R E N D I M I E N T O D E M A T E R I A L
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Generalidades
Dentro de los procesos de fabricación mecánica de piezas, el mecanizado es uno de los procedimientos más empleados, que permite fabricar piezas con una geometría, dimensiones y acabados superficiales acorde a las necesidades de fabricación.
Esta revista se va a centrar en el estudio del primer tipo de mecanizado, es decir, el procedimiento de mecanizado por desprendimiento o arranque de material (también conocido como mecanizado de piezas por arranque de viruta).
Aunque es habitual el empleo del mecanizado para la fabricación de piezas metálicas, también es muy común el uso de los procedimientos de mecanizado para fabricar piezas hechas de otros materiales, como puedan ser, plásticos, materiales compuestos, etc.
De esta manera, el mecanizado se puede definir como un proceso de conformado consistente en la eliminación de material (arranque de viruta), empleando un filo o herramienta de corte y a partir de una pieza de materia prima inicial, con objeto de obtener una pieza final con una forma geométrica y tamaño determinado.
El mecanizado, en general, se define como un proceso de fabricación mecánica de piezas realizado mediante el procedimiento de conformado del material, y que puede clasificarse en diferentes tipos: • Conformado por desprendimiento de material (también llamado mecanizado por arranque de virutas) • Conformado por deformación plástica de la pieza (mecanizado por deformación) • Conformado añadiendo nuevo material (moldeo)
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Se denomina mecanizado por desprendimiento de material a aquel procedimiento de fabricación mediante el cual, partiendo de una pieza en bruto inicial, se consigue la forma, dimensiones y acabados de la pieza final mediante la eliminación de partes de material de la pieza, realizado por medios mecánicos y empleando herramientas de filo. Las partes de material eliminadas se denominan virutas (precisamente porque tienen forma de virutas desprendidas), y por eso a este tipo de mecanizado se le denomina también mecanizado por arranque de virutas. Los procesos de mecanizado por arranque de virutas se clasifican en base al tipo de filo de la herramienta de corte empleada. Así, hay procedimientos de mecanizado que usan herramientas de corte con filos geométricamente determinados, y otros que usan herramientas con filos no determinados, dando lugar a los procesos de mecanizado denominados de corte y abrasivos, respectivamente. • Procesos que usan herramientas de corte con filo o filos geométricamente determinados (mecanizados de corte): en este caso los útiles de las herramientas arrancan las virutas de la pieza que se está trabajando con la cuña de sus filos que tienen formas geométricamente determinadas. Ejemplos de esta forma de corte son el torneado, fresado, taladrado, limado, cepillado, etc. • Procesos que usan herramientas con filos no determinados (mecanizados abrasivos): en este caso las finas virutas son arrancadas del material de la pieza por medio de granos abrasivos que carecen de una forma geométrica determinada. Son ejemplos de este tipo de mecanizado el rectificado o el bruñido.
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Para que el corte en una operación de mecanizado sea efectivo, los parámetros de corte que deben ser controlados en cualquier trabajo de mecanizado son principalmente tres: • Velocidad de corte (Vc) : Es la velocidad lineal relativa de la herramienta respecto de la pieza en la dirección y sentido del movimiento de corte. En los procesos de torneado o fresado esta velocidad se define como:
donde, Vc es la velocidad de corte, expresada en metros por minuto (m/min) d es el diámetro de la pieza, si se trata de una operación de torneado, o el diámetro de la herramienta, si se trata de fresado, expresado en mm. n es la velocidad de giro de la pieza, en torneado, o de la herramienta, en fresado, en revoluciones por minuto (r.p.m.)
• Avance (a): es el desplazamiento recorrido por la herramienta en cada revolución o carrera. Conocidos la velocidad de giro y el avance, es posible calcular la velocidad de avance (Va): Va = a · n donde, a es el avance, expresado en milímetros (mm.) n es la velocidad de giro de la pieza, en torneado, o de la herramienta, en fresado, en revoluciones por minuto (r.p.m.) • Profundidad de corte (p): Es la distancia que penetra la herramienta en la pieza.
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Como puede saber, existen varias caracteristìcas de mecanizado que pueden producir piezas con la forma deseada. existen 3 caracteristìcas de mecanizado sin arranque de viruta, por abrasión y con arranque de viruta.
Mecanizado sin arranque de viruta El mecanizado sin ranura incluye la deformación plástica de la pieza, las cuales son: 1. Forjado:La forjado es un proceso de deformación plástica en el que la deformación del material es provocada por una fuerza de compresión local aplicada por forja o utilizando una prensa, caliente y fría. 2. Laminado:Al igual que la forja, es un proceso de deformación plástica donde el material es deformado por rodillos dándole una forma específica. 3. Estirado:El estirado incluye una deformación plástica del metal en la que se estira una varilla o varilla metálica para reducir su sección transversal.
Mecanizado por abración El tratamiento mecanizado abrasivo consiste en raspar una pieza con una rueda abrasiva para eliminar pequeñas partículas del material. 1. Desbardado:El proceso de desbardado, consiste en eliminar el exceso de material de las piezas mecanizadas. Por regla general, los elementos abrasivos se utilizan para raspar las piezas. 2. Bruñido:Es un proceso de acabado superior utilizado para piezas cilíndricas como: camisas de motor, bielas, bloques de motor o turbocompresores. 3. Rectificado:El rectificado es un proceso de acabado parcial utilizado en la etapa final de fabricación después del laminado o fresado con el fin de mejorar las tolerancias dimensionales y el acabado superficial del producto.Se utiliza en piezas que precisan medidas y tolerancias exigentes y se realiza en máquinas rectificadoras.
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Mecanizado con arranque de viruta. El mecanizado con arranque es un tipo de máquina que es procesamiento puro porque es responsable de la mayoría de los procesos y es el material que más se desperdicia.Estos son los 6 tipos principales de mecanizado por arranque de viruta. 1. Serrado:Puede ser una operación manual o una máquina herramienta, pero el principio es el mismo: mover la hoja de sierra hacia adelante y hacia abajo para cortar el material. 2. Limado:Este es un proceso manual y es el método más antiguo para eliminar las virutas. Tiene poco poder inicial y está acostumbrado a organizarse, y requiere una fuerza de trabajo totalmente especializada. 3. Taladrado:Es el proceso de hacer agujeros en una pieza. Para ello se utiliza una herramienta llamada taladro, que gira para penetrar y sacar virutas del material a perforar. 4. Roscado:El roscado puede realizarse manualmente o con máquina herramienta.Si se hace manualmente podremos realizar una rosca dentro de un agujero (rosca hembra), para lo que utilizaremos una herramienta llamada macho de roscar. Para realizar una rosca exterior o rosca macho, se utiliza una herramienta llamada terraja.
1. 2. 3. 4. 5. Torneado:Es un procedimiento para crear superficies de revolución por arranque de viruta. La máquina que se utiliza para el torneado se denomina torno.La pieza a mecanizar está amarrada mediante un sistema de fijación y tendrá movimiento rotatorio y la herramienta de corte irá fijada a un soporte o torreta y se desplazará en las dos direcciones indicadas para proceder al arranque de material. 6. Fresado:Es un procedimiento consistente en el corte del material con una herramienta rotativa que puede tener uno o varios filos. Dicho corte de material se realiza combinando el giro de la herramienta con el desplazamiento, bien sea de la misma herramienta o de la pieza a trabajar.
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El corte ortogonal, o corte recto, es modelo simplificado de analizar proceso de mecanizado por arranque viruta que permite calcular parámetros característicos del corte alejarse mucho de la realidad.
un el de los sin
Sobra decir que el estudio mecánico del corte oblicuo es mucho más complejo que el ortogonal, debido a que las fuerzas de corte que intervienen en el corte oblicuo tienen tres componentes, en lugar de las dos componentes que intervienen en el corte ortogonal.
En el corte ortogonal, el filo de la herramienta de corte es perpendicular a la dirección de desplazamiento entre herramienta y pieza durante el proceso de corte, mientras que en el corte oblicuo existe un cierto ángulo de inclinación. Por tanto, en el caso del corte ortogonal las fuerzas actuantes durante el corte se pueden descomponer según dos componentes, en lugar de tres como ocurre con el modelo de corte oblicuo. Esto va a suponer que el uso del modelo de corte ortogonal simplifique mucho el estudio de los procesos de mecanizado.
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Características del Corte Ortogonal • El filo o arista cortante, que como su nombre indica es la arista o filo de la herramienta que corta el material. • La superficie de desprendimiento, que es la cara de la herramienta sobre la que desliza el material desprendido. • La superficie de incidencia, que es la cara de la herramienta que queda frente a la superficie ya mecanizada de la pieza.
En la figura adjunta que se incluye, se representan dichos parámetros geométricos para tener así una mejor comprensión de los mismos. A continuación, y una vez vistos los parámetros geométricos de la herramienta de corte ya, se pueden definir los ángulos y demás parámetros geométricos que caracterizan al modelo de corte ortogonal: • Ángulo de desprendimiento (γ): Es el ángulo formado por la superficie de desprendimiento de la herramienta y la dirección perpendicular a la superficie mecanizada de la pieza. Este ángulo puede tener un sentido positivo (en sentido horario), o bien sentido negativo, si es en el sentido contrario (sentido antihorario). Así, en función del valor del ángulo de desprendimiento, si éste es mayor que cero las herramientas de corte se clasifican con geometría positiva, y si es menor que cero, las herramientas se clasifican en herramientas con geometría negativa.
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Características del Corte Ortogonal Si en un proceso de corte el ángulo de desprendimiento es grande, entonces significaría que la herramienta de corte penetra y corta bien a la pieza, dando lugar a un mejor acabado superficial, pero a costa de ir debilitando mucho el filo de corte. Por el contrario, si durante el corte el ángulo de desprendimiento es pequeño, entonces se favorecería la resistencia de la herramienta, pero la energía consumida y el calentamiento de la propia herramienta aumentarán. Para obtener el ángulo de desprendimiento correcto habrá que tener en cuenta la resistencia del material de la herramienta, el tipo de material a mecanizar y el avance. En cualquier caso, el ángulo de desprendimiento adecuado será el mayor que pueda soportar la herramienta sin romperse.
• Ángulo de incidencia (α): Es el ángulo formado por la superficie de incidencia de la herramienta de corte y la superficie de la pieza ya mecanizada, como se muestra en la figura adjunta. • Ángulo de filo o ángulo de herramienta (β): Es el ángulo formado por las superficies de incidencia y desprendimiento de la herramienta de corte. • Ángulo de deslizamiento o cizalladura (φ): Es el ángulo formado por la superficie de la pieza y el plano de deslizamiento, que es un plano teórico en el que se produce la deformación del material de la pieza. El ángulo de cizalladura es el ángulo según el cual se corta el material para formar la viruta. • Espesor de viruta no deformada (ac): Es el espesor del material que va a ser eliminado de la pieza antes de sufrir deformación alguna. O dicho de otra manera, este parámetro también representa a la profundidad de corte. • Espesor de viruta deformada (ad): Es el espesor del material eliminado después de haber sufrido la deformación. • Factor de recalcado (z): Es el cociente entre los espesores de viruta deformada y sin deformar. Es siempre mayor o igual que la unidad.
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La mayor parte de esta potencia se emplea en el proceso de la eliminación del material de la pieza (deformación), de manera que de todas las fuerzas actuantes, la que más interesa conocer es aquella que tiene la misma dirección que la velocidad de corte.
El ángulo (ρ) con el que actúa la fuerza resultante (F) es a priori desconocido. No obstante, esta resultante (F) se puede proyectar según tres sistemas de fuerzas, referidas en diferentes direcciones. De esta manera se tienen:
A esta componente es a la que habitualmente se denomina como Fuerza de corte (Fc).
- La Fuerza de corte, Fc - La Fuerza de deslizamiento, Fd
Además de la fuerza de corte (Fc) existe otra componente perpendicular a ella denominada fuerza tangencial o normal (Nc), la cual coincidirá con la Fuerza de avance (Fa = Nc). Estas dos componentes de fuerza (Fc y Nc) dan lugar a una resultante final de fuerzas (F), la cual no actúa exactamente en el filo de la herramienta, sino que su zona de aplicación dependerá del valor del ángulo de desprendimiento (γ). Así, se tiene que cuanto más pequeño sea éste, más alejada estará la resultante de fuerzas (F) del filo de corte de la herramienta.
- La Fuerza de rozamiento viruta y la herramienta, Fr
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El principio de la operación es perforar o hacer un agujero en una pieza en cualquier material. Nosotros nos concentraremos en la perforación de los metales. Al taladrar metales se produce una fricción muy grande y por esta razón es recomendable refrigerar El taladrado es la operación que tiene por objeto hacer agujeros por arranque de viruta, con una herramienta llamada broca, sobre diferentes tipos de material, cuya posición, diámetro y profundidad han sido determinados previamente. ESPECIFICACIÓN: En este tipo de proceso, la herramienta de corte que se utiliza es cilíndrica rotatoria, conocida como broca. Una broca es una herramienta 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
En el proceso de taladrado se realizan dos movimientos: el movimiento de corte y el de avance. Estos dos movimientos siempre se realizan, salvo en algunas máquinas de taladrado profundo, en las cuales no hay movimiento de corte ya que la pieza se hace girar en sentido contrario a la broca.
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Escariado: Se usa para agrandar ligeramente un agujero, suministrar una mejor tolerancia en su diámetro y mejor su acabado superficial.
Avellanado: Es una operación similar al abocardado salvo que el escalón en el agujero tiene forma de cono para tornillos y pernos de cabeza plana.
Roscado Interno: Esta operación se realiza por medio de un machuelo y se usa para cortar una rosca interior en un agujero existente.
Centrado: También llamado taladrado central, esta operación taladra un agujero inicial para establecer con precisión el lugar donde se taladrará el siguiente agujero
Abocardado: se produce un agujero escalonado en el cual un diámetro más grande sigue a un diámetro más pequeño parcialmente dentro del agujer.
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BROCAS: La broca es una barra de acero templado, de tal forma afilada por un extremo, que al girar pueda penetrar en un cuerpo y cortar pequeñas porciones llamadas virutas. Hoy día las brocas más generalizadas son las llamadas helicoidales. Las demás pueden considerarse brocas especiales.
TALADRO: Los taladros son la herramienta eléctrica más vendida del mundo. Inventada por el alemán Wilheim Emil Fein en 1895, los taladros se han convertido en máquinas básicas en metalmecánica, construcción, carpintería, fontanería.
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A la base o pedestal, el cual sirve de apoyo o sustentación de la máquina, el bastidor o columna B, que soporta el mecanismo de transmisión del movimiento y sujeción de la herramienta y dentro del cual se encuentra la cremallera H, con la que se logra el desplazamiento vertical de la mesa soporte de pieza F, en la que se coloca la pieza a taladrar, lo cual se realiza mediante el movimiento de rotación y avance de la mecha o broca I, la que está sujeta por el husillo o porta brocas D, quien recibe el movimiento de giro y la potencia para el corte del material del motor G a través del mecanismo de transmisión C, y el movimiento de avance vertical por el mecanismo de palanca y cremallera E.