ALGUNAS CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE LOS MAQUINADOS Y LAS MAQUINAS HERRAMIENTA

PAGE 4EET N2 Procesamiento Mecnico

ALGUNAS CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE LOS MAQUINADOS Y LAS MQUINAS HERRAMIENTA.

En este curso, daremos los elementos necesarios para que el alumno pueda seleccionar la herramienta ms conveniente para un trabajo de torneado. Para otros tipos de mecanizados como fresado, alesado, limado, etc., la seleccin se realiza de forma similar.

HERRAMIENTA MONOCORTANTE.

Se distingue solo un filo activo. Es decir que en la operacin de corte de material solo acta un filo. Estas herramientas se utilizan en tornos, limadoras, cepilladoras, mortajadoras y alesadoras, fundamentalmente.

TORNEADO: genera slidos de revolucin. Utiliza herramienta monocortante.

CEPILLADO Y LIMADO: genera superficies planas de distinta forma. Utiliza herramienta monocortante.

CEPILLADO: pieza mvil y herramienta

fija.

LIMADO: pieza fija y herramienta mvil.

MORTAJADO: genera superficies planas y perfilados verticales en un hueco o agujero, obtenindose ranuras longitudinales.

ALESADO: genera huecos de revolucin.

Existen herramientas de dos filos, como las brocas (mechas), y de mltiples filos como las fresas.

Broca(mecha)

OPERACIONES SIN ARRANQUE DE VIRUTA.

Entre los principales procedimientos podemos citar:

Laminado: consiste en el paso del material (caliente o fro), a travs de dos cilindros dotados de movimiento, reduciendo la seccin y aumentando su longitud. Es una transformacin a volumen constante.

Trafilado o trefilado: modifica la seccin del material mediante el paso de este a travs de un orificio (trfila).

Estampado: comprende el proceso de deformacin plstica mediante estampas o matrices cerradas que imponen una forma definida al material trabajado.

Embutido: se basa en la transformacin de una lmina o chapa plana en un cuerpo hueco, emplendose para ello un punzn (superior) y una matriz (inferior). No debe haber variacin del espesor original.

Plegado: se tata del doblado de una chapa en la forma determinada por una matriz. No debe haber variacin del espesor original.

GEOMETRA DE LA HERRAMIENTA.

En las herramientas monocortantes, se pueden distinguir dos partes principales: la activa, que es aquella en la que se encuentra el filo y la pasiva (cuerpo)que sirve como soporte de la primera.

A la superficie pintada de negro se la llama superficie de desprendimiento, y es aquella por donde se desliza la viruta. La superficie grisada se denomina superficie de incidencia y se encuentra siempre enfrentada a la superficie trabajada. La arista comn a estas dos superficies es el filo de la herramienta.

Al ngulo se lo llama ngulo de desprendimiento y al ngulo se lo llama ngulo de incidencia. Al ngulo comprendido entre los dos anteriores se lo denomina ngulo de filo. En la figura siguiente pueden verse perfectamente estos tres ngulos.

Otro ngulo de inters es el ngulo de corte, que se define como la suma de los ngulos de incidencia y de filo. Finalmente al ngulo se lo llama ngulo de posicin.

La reunin de varios filos reunidos en un solo cuerpo, dispuestos para el corte segn un movimiento giratorio alrededor de un eje, nos describe una fresa(C). Herramientas similares a estas son las sierras circulares y los escariadores (estos ltimos se emplean para retocar agujeros, maquinados previamente por una broca)

Si en cambio se renen varios filos dispuestos para el corte segn un movimiento rectilneo, nos encontramos frente a una sierra (manual, sinfn, serrucho, lima manual, etc.)

FORMACIN DE LA VIRUTA

Es un proceso cclico en el que se distinguen tres etapas.

1- Desgarro: arranque del material propiamente dicho. Accin de la herramienta sobre el material.

2- Fluencia: deformacin plstica del material sobre la superficie de ataque de la herramienta. El material de la viruta es fuertemente comprimido y pierde su resistencia mecnica.

3- Cortadura: se produce por sobrepaso del limite de rotura del material.

Los estudios de formacin de la viruta se basan sobre leyes experimentales. Se determina la fuerza desarrollada en el corte, la forma de la viruta, influencia de la geometra de la herramienta, desgaste de la misma, formacin de falso filo, rompevirutas, accin y efecto del refrigerante, roce viruta-herramienta, etc.

La viruta se puede clasificar en: CONTINUA Y DISCONTINUA

CONTINUA: no se produce discontinuidad en la viruta. Hay que provocar su rotura con un rompevirutas. Este tipo de virutas es caracterstico de los materiales dctiles (viruta larga). Si las condiciones de trabajo son adecuadas, la viruta es lisa y bruida; caso contrario, la viruta presentar bordes irregulares. Esto indica, la formacin de un falso filo.

DISCONTINUA: se da en materiales quebradizos (frgiles). Se forma como fue descripto anteriormente. La viruta se desprende un trozo tras otro de manera discontinua.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FORMACIN DE LA VIRUTA

Algunos de los principales factores que influyen en la formacin de la viruta son: el tipo de material a trabajar, la velocidad de corte, el avance de la herramienta, la profundidad de pasada, lubricacin, etc.

FILO RECRECIDO (FALSO FILO)

Este fenmeno se da en materiales dctiles de viruta larga (viruta continua). El espacio entre pieza, viruta y herramienta se llena de finas partculas de metal, que se adhieren fuertemente a la cuchilla (1er. momento). Esto da origen a un falso filo que separa la superficie de contacto entre viruta y cuchilla.

El espacio entre pieza, viruta y herramienta adquiere una seccin aproximadamente triangular, donde el vrtice superior tiende a centrarse respecto de su base y a consecuencia a separarse de la lnea de corte ideal (distancia e). Parte del material debe pasar forzado frente al filo de la herramienta, dando como resultado superficies deficientes con material adherido en forma de laminillas (2do. momento).

Este filo producido por material compactado es muy inestable, se rompe y se incrusta, parte en la viruta y parte en la pieza, quedando adems, generalmente, una pequea parte en la herramienta. El fenmeno recomienza.

A parte de la terminacin superficial es importante el deterioro sufrido por la herramienta, debido al aumento de rozamiento entre viruta, material y herramienta (aumento de generacin de calor). Hay menor vida til de la herramienta.

FACTORES A CORREGIR

a) Disminuir avance. b) aumentar velocidad de corte. c) mejorar superficie de desprendimiento (por donde desliza la viruta). d) mejorar lubricacin re la misma.

ROMPEVIRUTAS

Una viruta continua significa: peligro de accidentes, dificultad de visin y acceso a los comandos y pieza, mala terminacin, salpicado de refrigerante, etc.

La funcin del rompevirutas es la de curvar, y as facilitar la rotura de la viruta.

Plaquita intercambiable con rompevirutas triple.

INCORPORADO: por amolado o sinterizado sobre la cuchilla.

ROMPEVIRUTAS

POSTIZO: plaquitas agregadas cerca del filo. Hay fijas y regulables

Rompevirutas incorporado

MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE

ELECCIN DE LA HERRAMIENTAPara un proceso de mecanizado dado, la eleccin de la herramienta de corte adecuada, pasa por el anlisis profundo de las condiciones de maquinado particulares de tal operacin. Se tiene en cuenta el tipo de produccin (seriado, unitario), esto estar ligado al tipo de mquina disponible, sea esta manual, semiautomtica o automtica, y dentro de este aspecto, si su estado de conservacin es bueno, si esta bien ajustada o presenta juegos, si es lo suficientemente robusta, moderna o anticuada, etc.

Tambin es importante el tipo de pieza, sus formas, dimensiones, gado de terminacin requerido, y el material de que se trate.

CONDICIONES DE UNA HERRAMIENTA

1- MS DURA QUE EL MATERIAL A TRABAJAR

2- RESISTENCIA A LA ROTURA LO MS ALTA POSIBLE

3- ELEVADA TENACIDAD

4- ELEVADA CAPACIDAD DE TRABAJO EN CALIENTE

Es muy difcil conseguir todas las condiciones en una herramienta, por ejemplo: a mayor dureza, aumenta la resistencia al desgaste pero disminuye la tenacidad y la resistencia a la rotura. Para una buena eleccin hay que tener en cuenta que se busca PRODUCIR EL MXIMO EN EL MENOR TIEMPO POSIBLE Y AL MENOR COSTO, consiguiendo adems una CALIDAD GENERAL ADECUADA.

CLASIFICACIN Y USO DE LOS MATERIALES

Repasaremos los materiales utilizados para la construccin de las herramientas de corte.

1- ACEROS FINOS AL CARBONO (NO ALIADOS): se utilizan para herramientas manuales, algn tipo de broca, escariador, fresa, etc.

2- ACEROS RPIDOS Y SUPERRPIDOS: produccin unitaria o casos especiales

3- CARBUROS METLICOS (METAL DURO): produccin en serie en mquinas automticas o semiautomticas, o produccin unitaria de materiales duros.

4- CERMICA: elevada produccin en mquinas automticas. Frgiles.5- NITRURO DE BORO CBICO: elevada produccin en mq. Automticas. Frgiles. Mquinas en perfecto estado. Materiales duros

6- DIAMANTE: para terminacin y pasadas finas en mquinas automticas, con elevada velocidad. Material costoso y sumamente frgil.

Los materiales para herramientas de corte estn en continua evolucin, por lo que seguramente seguiremos encontrando nuevos compuestos con el correr del tiempo.

ESQUEMA DE FABRICACIN DE LOS CARBUROS METLICOS

Las herramientas de cermica estn compuestas por xidos metlicos, fundamentalmente de aluminio (Al2o3), puede encontrarse solo con xido de magnesio (MgO) como ligante y para mejorar la resistencia a altas temperaturas, o como una mezcla de xidos (90% Al2O3 y 10% de Cr2O3 o con xido de Fe, o de Titanio (Ti). La dureza final obtenida es mayor que la de cada producto por separado. Quizs la desventaja de este tipo de materiales sea su fragilidad.

El diamante es carbono cristalizado. Debido a su gran fragilidad su uso esta restringido a la terminacin de materiales, con profundidades de corte muy pequeas y altas velocidades. Tiene un excelente comportamiento frente al trabajo a elevadas temperaturas.

VARIACIN DE LA DUREZA DE LOS MATERIALES PARA HERRAMIENTAS CON LA TEMPERATURA DE CORTE:

CONFORMACIN DE LAS HERRAMIENTAS

Las herramientas pueden ser: HOMOGENEAS O COMPUESTASHOMOGENEAS: constituidas totalmente por un mismo material

COMPUESTAS: constituidas por dos o ms materiales. No siempre es posible tener una herramienta homognea. Razones de orden fsica lo impiden, puesto que las partes constitutivas estn expuestas a esfuerzos de flexin que requieren de los materiales buena tenacidad y como sabemos, los metales duros, la cermica y el diamante son sumamente frgiles. Esta condicin nos limita a las herramientas homogneas de aceros finos al carbono y aceros rpidos. De todas maneras y aun disponiendo de una adecuada tenacidad, no sera conveniente la herramienta homognea de carburo, cermica o diamante, por una razn de orden econmica, ya que estos resultan sumamente caros. En consecuencia las herramientas tendrn un cuerpo de un material con buena capacidad de flexin y torsin, y un filo formado por un material con mayor dureza y resistencia para el corte en caliente (carburo metlico, cermica o diamante). Estos ltimos fijados al cuerpo por distintos mtodos en forma de plaquitas.

METODOS DE FIJAIN DE PLAQUITAS

SOLDADURA FUERTE: es el sistema de fijacin ms antiguo. Consiste en calentar las partes a unir y producir la soldadura colocando entre estas un soldante, consistente en una fina lmina de cobre electroltico, plata, monel, constantn, o nquel, la que se funde y permite la unin.

SOLDADURA ELCTRICA:

POR RESISTENCIA: al circular corriente elctrica entre las partes a soldar, estas se calientan al blanco y se sueldan por presin con gran penetracin entre s.

POR CHISPA: las partes a soldar se colocan bajo tensin, luego se aproximan haciendo que se toquen levemente, producindose chispas entre las partes salientes en contacto con un rpido aumento de la temperatura, luego por presin se sueldan.

POR APROXIMACIONES SUCESIVAS: es una combinacin de los mtodos anteriores. Circula corriente, se calientan las partes y luego se alejan y acercan produciendo salto de chispas con rpido calentamiento

POR ARCO: se preparan las partes a unir. Se precalienta la zona a soldar y luego se une por arco elctrico con material de aporte.

SUJECIN MECNICA: muy empleado en produccin seriada. Se reduce el tiempo en el cambio de filo de la cuchilla. Se conocen varios tipos: de cua, palanca, brida, etc. Otro sistema es el llamado portaherramientas.

RECARGADO: por deposicin del material constituyente del filo sobre el soporte del mismo, por fusin directa. Se debe realizar previamente el alojamiento sobre el cuerpo, por fresado, para recibir leo el material del filo.

EJEMPLOS:

Fijacin mecnica tipo cua Fijacin mecnica tipo palanca

Fijacin por tornillo

Fijacin mecnica tipo brida Fijacin mecnica tipo portaherramientas

HERRAMIENTAS MONOCORTANTES

Se usan preferentemente en, torneado, cepillado, alesado y mortajado. En torneado es donde se presenta la mayor variedad de formas.

NORMALIZACIN

La tendencia es hacia una norma de alcance internacional (I.S.O). Se encontraron problemas en lo referente a los sistemas de medidas en los principales piases que forman los comits de normalizacin (mm y pulgadas).

La forma de los mangos de las herramientas monocortantes es generalmente cuadrada o rectangular. En estos casos sus dimensiones normalizadas son las siguientes:

NORMALIZACION DE PLAQUITAS INTERCAMBIABLES(I.S.O)

Se definen por un cdigo compuesto de siete caracteres obligatorios segn se indica en la pg. 15.

Para la eleccin de un inserto hay que basarse principalmente en la longitud del filo cortante. Esta longitud determinara adems el tamao del cuerpo o soporte, que tendr que ser apropiado al sistema de fijacin de la herramienta en la mquina (torre u otro tipo).

SENTIDO DE CORTE

Es interesante distinguir una herramienta de corte derecha, y una de corte izquierda. Para determinar el sentido de corte se procede como sigue: la herramienta se posicionar con su parte activa hacia el observador, apoyada por su plano de base. Luego, si el filo se encuentra a la derecha del observador, ser una herramienta derecha y viceversa.

CRITERIOS DE SELECCIN DE HERRAMIENTAS

Para seleccionar una herramienta de corte, lo primero que hay que plantearse es a que clase de mquina se acudir. Segn la pieza se deba someter a un torneado, cepillado, alesado, etc. El prximo paso ser definir, de acuerdo con las caractersticas de la produccin (unitaria, pequea serie, gran serie, etc.), el tipo de mquina a emplear (universales, semiautomticas, automticas, especiales, etc.).

Luego se prestar atencin al modo de fijacin de la herramienta en dicha mquina (soporte simple, torre portaherramientas, magazn, etc.), y a la dimensin del alojamiento (por ejemplo: la altura disponible en la torre portaherramientas). El paso siguiente ser definir la clase de operacin (cilindrado, frenteado, aplanado, etc., de desbaste o terminacin, exterior o interior), y finalmente definir el material de la herramienta, en funcin de las caractersticas mecnicas del material a trabajar, del tipo de produccin y de las caractersticas de la mquina. El tipo de produccin sirve tambin para definir el tipo de fijacin de la plaquita. Para materiales ligeros y produccin unitaria o de pequea serie, se podr utilizar una herramienta homognea de acero rpido. Para mediana serie en condiciones similares, se utilizan herramientas compuestas de acero rpido y plaquitas de metal duro soldadas. Para produccin habitual de mediana serie se prefieren herramientas con plaquitas de metal duro intercambiables (fijacin mecnica). Para gran serie, herramientas con plaquita intercambiable, con filo en ambas caras. Para alta produccin seriada, en condiciones especiales, se prefieren las herramientas cermicas.

La inconveniencia de usar herramientas de mejor calidad que la necesaria, se basa en una razn de orden econmica; puesto que de obrar de esta manera resultarn mayores los costos por unidad fabricada o los costos horarios.

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Laminillas

Fresa

Corte de una herramienta con rompevirutas postizo. La distancia al filo es b y la superficie de desvo es de 45

Corte de una herramienta con rompevirutas postizo regulable. Al aflojar la brida un perno mantiene al rompevirutas contra ella por la accin de un resorte

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Plaquita

PALANCA

Dureza

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