Mecanizado por arranque de viruta

SEP

SESTNM - TECNM

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TOLUCA Procesos de conformado tradicional por arranque de viruta. Calificación ID T3: ____ Carrera: Ingeniería Mecatrónica Materia: Procesos de Fabricación Grupo: 187401 Profesor: Ing. Adelfo Ortiz García Alumnos: 5) Contreras Bueno Jesús 11) González Aguilar Raúl Alberto 13) González Sandoval Ximena 21) Mendoza Rebolledo Augusto 27) Rosas Cruz Miguel Ángel

Metepec, Estado de México, a 22 de septiembre de 2016

RESUMEN En el presente trabajo de investigación se realiza realiza un análisis del contenido del tema 3 denominado “Procesos de conformado tradicional por arranque de viruta ”, partiendo de subtemas que nos dejan en claro lo fundamental acerca del maquinado mediante maquinas como el torno, o la fresadora, así como sus características. Los subtemas que se analizaron en la elaboración de esta investigación, son clasificación de las máquinas y herramientas, velocidades de corte y profundidades y la formación y tipos de viruta, para ello fue necesario usar diversas fuentes confiables, de donde pudimos extraer gran parte de los datos que se muestran a continuación. En un primer paso se hace una pequeña introducción, donde se establecen los orígenes de todo esto que actualmente permite una gran producción, las maquinas herramientas y las herramientas de corte. Posteriormente la investigación da paso a lo subtemas donde se explican los diversos factores que intervienen en los procesos de conformado por arranque de viruta, haciendo énfasis a lo que son las velocidades de corte y profundidades, donde se indica la relación que tiene esto con el material usado. En una última sección de lo teórico se muestran los diversos tipos de viruta que se forman al maquinar alguna pieza, sus características y las causas de que resulten de esa forma. La investigación concluye con una sección donde se describe si se alcanzaron los objetivos fijados en base al problema establecido así como se dan las recomendaciones pertinentes para maximizar el conocimiento obtenido.

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RESUMEN En el presente trabajo de investigación se realiza realiza un análisis del contenido del tema 3 denominado “Procesos de conformado tradicional por arranque de viruta ”, partiendo de subtemas que nos dejan en claro lo fundamental acerca del maquinado mediante maquinas como el torno, o la fresadora, así como sus características. Los subtemas que se analizaron en la elaboración de esta investigación, son clasificación de las máquinas y herramientas, velocidades de corte y profundidades y la formación y tipos de viruta, para ello fue necesario usar diversas fuentes confiables, de donde pudimos extraer gran parte de los datos que se muestran a continuación. En un primer paso se hace una pequeña introducción, donde se establecen los orígenes de todo esto que actualmente permite una gran producción, las maquinas herramientas y las herramientas de corte. Posteriormente la investigación da paso a lo subtemas donde se explican los diversos factores que intervienen en los procesos de conformado por arranque de viruta, haciendo énfasis a lo que son las velocidades de corte y profundidades, donde se indica la relación que tiene esto con el material usado. En una última sección de lo teórico se muestran los diversos tipos de viruta que se forman al maquinar alguna pieza, sus características y las causas de que resulten de esa forma. La investigación concluye con una sección donde se describe si se alcanzaron los objetivos fijados en base al problema establecido así como se dan las recomendaciones pertinentes para maximizar el conocimiento obtenido.

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ÍNDICE

Pág.

RESUMEN……………………………………………………………………………..... RESUMEN……………………………………………………………………………..... ...…ii INDICE……………………………………………… INDICE…………………………………………………………………………… …………………………………...…... ……...…...iii iii ÍNDICE DE FIGURAS………………………………………………………………… FIGURAS………………………………………………………………… .....iv ÍNDICE DE TABLAS… TABLAS….……………………………………………………………… .…v ÍNDICE

DE

VIDEOS… VIDEOS…....……………………………………………………………… ……………………………………………………………… ..vi

INTRODUCCIÓN……………………..…………………… INTRODUCCIÓN……………… ……..………………………………………………… ………………………………… ……11 Antecedentes………………………………………………………………………...……… Antecedentes………………………………………………………………………...……… 1 Planteamiento del problema…………………………………………………………… problema…………………………………………………………… ....2 Objetivos…………………………………………………………………………………… Objetivos…………………………………………………………………………………… ...2 Objetivo general…………………………………………………………………………… general…………………………………………………………………………… ..2 Objetivos específicos……………………………………………………………………… específicos……………………………………………………………………… 3 Justificación………………………………………………………………………………….3 Justificación………………………………………………………………………………….3 Tema 3 Procesos de conformado tradicional por arranque de viruta.……… viruta. ………..….4 3.1 Clasificación de las maquinas herramientas ……………..………………………4 ……………..………………………4 3.2 Velocidades, herramientas y profundidades de corte………………………..13 corte……………………….. 13 3.3 Formación y tipos de viruta………..……….…………………………………….. viruta ………..……….…………………………………….. 17 CONCLUSIONES…………………………………………… CONCLUSIONES………………… …………………………………………………… …………………………....… ….24 RECOMENDACIONES………………………………………… RECOMENDACIONES…………… …………………………………………………… ………………………..…25 FUENTES DE CONSULTA………………… CONSULTA……………………………………..…….… …………………..…….……………………26 …………………26 GLOSARIO…………………………………………… GLOSARIO……………… ……………………………….……………………. ….…………………….………. ……….......27 ......27

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ÍNDICE DE FIGURAS

Pág.

Fig. 3.1 Las piezas maquinadas se clasifican en: a) rotacionales o b) no rotacionales…………………………………………………………………………………..5 Fig. 3.2 Generación de formas en maquinado: a) torneado recto, b) torneado ahusado, c) torneado de contornos, d) fresado plano y e) fresado perfilado…….6 Fig. 3.3 Creación de formas en maquinado: a) torneado de formas, b) taladrado y c) brochado………………………………………………………………………………… 7 Fig. 3.4 Diagrama de un torno mecánico, en que se indican sus componentes principales…………………………………………………………………………………… 9 Fig. 3.5 Operaciones de maquinado relacionadas con el taladrado: a) escariado, b) roscado interior, c)

abocardado, d) avellanado, e) centrado y f)

refrenteado………………………………………………………………………………… 11 Fig. 3.6 Dos tipos básicos de máquina fresadora de codo y columna: a) horizontal y b) vertical…………………………………………………………………………………. 12 Fig. 3.7 Tipos de viruta….…………………………………………………………….17 Fig. 3.8 Fases de creación de la viruta………………………………………………..18 Fig. 3.9 Maquinado de nylamid.………………………………………………………...20 Fig. 3.10 Maquinado de acero o aluminio.………………………………………….… .20 Fig. 3.11 Maquinado de acrílico.………………………………………………..……… .20 Fig. 3.12 Viruta discontinua…………………………………………………………….21 Fig. 3.13 Viruta continua.………………………………………………………………... .22 Fig. 3.14 Viruta segmentada……………………………………………………………. .23 Fig. 3.15 Viruta a borde acumulado.…………………………………………...………. .23

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ÍNDICE DE TABLAS

Pág.

Tabla 3.1 Velocidad de corte de diferentes materiales……………………………..16

v

ÍNDICE DE VIDEOS

CD

Video 3.1 Fundamentos del mecanizado………………………………………….CD Video 3.2 Herramientas de corte y maquinas-herramientas-parte 1…………….CD Video 3.3 Herramientas de corte y maquinas-herramientas-parte 2…………….CD Video 3.4 Herramientas de corte y maquinas-herramientas-parte 3…………….CD Video 3.5 Trabajos básicos en torno…………………………………………………..CD Video 3.6 Trabajos básicos en fresadora……………………………………………..CD

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INTRODUCCIÓN Antecedentes La remoción de material como un medio de manufactura tiene antecedentes que se remontan a tiempos prehistóricos, cuando los seres humanos aprendieron a dar forma a madera o piedra mediante el tallado, dando origen a herramientas de caza y labranza. De hecho hay pruebas de que se hayan utilizado mecanismos giratorios usados para hacer agujeros. Sin embargo el desarrollo de las maquinas herramientas usadas para el maquinado por arranque de viruta se prolongó hasta el siglo XIX, pero tardó más años en consolidarse. Ese desarrollo no hubiera sido posible sin la evolución que sufrieron las herramientas de corte. Al principio las herramientas apenas eran un poco más duras que los materiales que mecanizaban, que eran los que ofrecían menos problemas (hierro forjado, bronce y fundición gris). Las herramientas fabricadas de acero al carbono templado no resultaban válidas para el mecanizado de aceros aleados, y no fue hasta la aparición del acero Mushet cuando esto varió (Robert Mushet experimentó con el manganeso y tungsteno en el acero). Varios años después de su descubrimiento se vio que e ste material tenía mucha mayor resistencia al desgaste y las herramientas utilizadas se tenían que reafilar con menor frecuencia. En realidad, más que la mayor capacidad de corte, la ventaja principal radicaba en su capacidad para soportar temperaturas de corte mayores. La velocidad de corte oscilaba en torno a los 10 metros/minuto. En 1900, cuando Fredrick Taylor efectuó una demostración en la Exposición Internacional de París torneando una pieza de acero dulce con una herramienta que a grandes velocidades de corte y avances (para aquella época) obtenía unas virutas azules y seguía afilada aun estando al rojo. La velocidad de corte se situó, de repente , en 40 metros/minuto. 1

Taylor junto con Maunsel White, pasaron de utilizar aceros Mushet añadiendo elementos en la aleación como cromo y wolframio, incrementando el contenido de carburos duros resistentes al calor, basados en el tungsteno y la temperatura de utilización.  Al no perder la dureza hasta los 600 º C, gracias sobre todo a su alto contenido de wolframio, hace posible el mecanizado con velocidades de corte elevadas. Estas herramientas se fueron mejorando progresivamente, y en los años 30 aparecieron los aceros extra-rápidos (HSS-E), situándose la velocidad de corte en torno a los 70 metros/minuto. Hasta el día de hoy las maquinas herramientas han seguido evolucionando, se tienen mejores herramientas de corte, además que se han creado máquinas de control numérico. Tanto torno CNC como fresadora CNC.

Planteamiento del problema Los procesos de mecanizado por arranque de viruta es de los procesos de producción que más se usan en el mundo de la manufactura, de manera que conocer sus fundamentos es de gran importancia para el estudiante de ingeniería Mecatrónica, pues estos conocimientos serán de gran ayuda para futuros cursos, tales como manufactura avanzada. Es por ello que ante esta situación se ha decidido realizar esta investigación, con el fin de obtener fundamentos teóricos útiles que puedan servir como base para futuros cursos.

Objetivos Objetivo general: * Conocer las principales características de los diversos métodos de mecanizado por arranque de viruta. 2

Objetivos específicos: * Identificar los tipos de viruta y sus características. * Identificar los diversos tipos de torno y fresadora. * Analizar las partes del torno y comprender su función.

Justificación Los procesos de fabricación que se llevan a cabo hoy en día en las industrias son muy variados, y aunque parte de estos son realizados por maquinas automatizadas, hay cosas que un estudiante de ingeniería y como próximo sujeto en un área laboral, debe conocer, es por ello que esta investigación servirá como medio para que se puedan obtener los conocimientos necesarios acerca de un proceso en particular, la fundición.  Además será de gran ayuda para que pueda conocer e identificar las etapas que permiten que este proceso sea de utilidad para generar piezas sólidas. Así mismo le permitirá al estudiante comprender las ventajas que supone utilizar cierto tipo de moldes sobre otros y recurrirá a conocimientos sobre propiedades de materiales, los cuales ha aprendido en el curso de ciencia e ingeniería de materiales.

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TEMA 3 PROCESOS DE CONFORMADO TRADICIONALES POR ARRANQUE DE VIRUTA 3.1 Clasificación de las maquinas herramientas El maquinado es el más versátil y preciso de todos los procesos de manufactura por su capacidad de producir una diversidad de piezas y características geométricas (por ejemplo, roscas de tornillos, dientes de engrane, superficies lisas). La fundición también puede producir una variedad de formas, pero carece de la precisión y exactitud del maquinado. Las Máquinas Herramientas se las puede definir como máquinas estacionarias que se utiliza para dar forma o modelar materiales sólidos, en especial a los materiales metálicos. El modelado se consigue eliminando parte del material de la pieza o estampándola con una forma determinada. Son la base de la industria moderna y se utilizan directa o indirectamente para fabricar piezas de máquinas y herramientas. La aparición de las máquinas-herramienta modernas se relaciona estrechamente con la Revolución Industrial. Cuando James Watt diseñó su máquina de vapor en Inglaterra alrededor de 1763, uno de los problemas técnicos que enfrentó fue hacer la perforación del cilindro lo suficientemente preciso para prevenir que el vapor se escapara alrededor del pistón. John Wilkinson construyó una máquina perforadora con una rueda movida por agua alrededor de 1775, la cual permitió a Watt construir su máquina de vapor. Esta máquina perforadora se reconoce frecuentemente como la primera máquina herramienta. Otro inglés, Henry Maudsley, inventó el primer torno cortador de tornillos alrededor de 1800. Aunque se había usado el torno de madera por muchos siglos, la máquina de Maudsley adicionó una herramienta deslizante mecanizada, con la cual se pudieron desempeñar operaciones de avance y roscado con mucha mayor precisión que por cualquier medio anterior. La mayoría de las máquinas convencionales de perforado, tornos, máquinas fresadoras, cepillos, perfiladoras y prensas taladradoras u sadas hoy 4

en día tienen el mismo diseño básico que las versiones antiguas, creadas durante los dos últimos siglos. Los centros modernos de maquinado, que son máquinas herramienta capaces de ejecutar más de un tipo de operación de corte, se introdujero n en la década de 1950, después de que se inventó el control numérico. Las piezas maquinadas se clasifican en rotacionales y no rotacionales:



Una pieza de trabajo rotacional tiene la forma de cilindro o disco. En la operación

característica que produce estas formas, una herramienta de corte elimina material de una pieza de trabajo giratoria. Los ejemplos incluyen el torneado y el perforado. El taladro se relaciona estrechamente, sólo que en la mayoría de las operaciones de taladrado se crea una forma cilíndrica interna y la herramienta es la que gira (en lugar del trabajo). 

Una pieza de trabajo no rotacional (también llamada prismática) es una pieza

en forma de bloque o placa Esta forma se logra por movimientos lineales de la pieza de trabajo combinada con movimientos lineales o rotatorios de la herramienta. Las operaciones en esta categoría incluyen fresado, perfilado, cepillado y aserrado.

Fig. 3.1 Las piezas maquinadas se clasifican en: a) rotacionales o b) no rotacionales. Cada operación de maquinado produce una forma característica debido a dos factores: 1)

Los movimientos relativos entre la herramienta y la pieza de trabajo

2)

La forma de la herramienta de corte. 5

Estas operaciones se clasifican según la forma de la pieza creada, ya sea por generación o por formado. En la generación, la forma de la pieza de trabajo está determinada por la trayectoria del avance de la herramienta de corte. La trayectoria seguida por la herramienta durante su movimiento de avance se imparte a la superficie de trabajo a fin de crear la forma. Los ejemplos de generación de formas de trabajo en maquinado incluyen el torneado recto, el torneado ahusado, el torneado de contornos, el fresado periférico y el fresado de perfiles.

Fig. 3.2 Generación de formas en maquinado: a) torneado recto, b) torneado ahusado, c) torneado de contornos, d) fresado plano y e) fresado perfilado. En el formado, la herramienta de corte forma la configuración geométrica de la pieza. En efecto, el filo de corte de la herramienta tiene el reverso de la forma a producir en la superficie de la pieza. El torneado de formas, el taladrado y el escariado son 6

ejemplos de este caso, la herramienta de corte imparte su forma al trabajo a fin de crear la forma de la pieza.

Fig. 3.3 Creación de formas en maquinado: a) torneado de formas, b) taladrado y c) brochado. Las maquinas herramientas se dividen en 2 grupos: 1)

Máquinas herramientas que trabajan por arranque de material.

2)

Máquinas herramientas que trabajan por deformación.

Máquinas herramientas con arranque de material  Arranque de grandes porciones de material:

1)

Cizalla.

2)

Tijera.

3)

Guillotina.

 Arranque de pequeñas porciones de material:

1)

Tornos. Tornos revólver y automáticos.

2)

Tornos especiales. 7

3)

Fresadoras. Mandriladoras y mandriladoras fresadoras.

4)

Taladros.

5)

Máquinas para la fabricación de engranes.

6)

Roscadoras.

7)

Cepilladoras, limadoras y mortajas.

8)

Brochadoras.

9)

Centros de mecanizado (con almacén y cambio automático de herramienta).

10)

Máquinas de serrar y tronzadoras.

11)

Unidades de mecanizado y máquinas especiales.

 Arranque de finas porciones de material:

1)

Rectificadoras.

2)

Pulidoras, esmeriladoras y rebarbadoras.

3)

Máquinas de rodar y lapeadoras.

4)

Máquinas de mecanizado por procesos físico-químicos.

Máquinas herramientas por deformación del material Prensas mecánicas, hidráulicas y neumáticas.

1)

Máquinas para forjar.

2)

Máquinas para el trabajo de chapas y bandas.

3)

Máquinas para el trabajo de barras y perfiles.

4)

Máquinas para el trabajo de tubos.

5)

Máquinas para el trabajo del alambre.

6)

Máquinas para fabricar tornillos, tuercas y remaches.

Torneado El torneado es un proceso de maquinado en el cual una herramienta de una sola punta remueve material de la superficie de una pieza de trabajo cilíndrica en rotación; la 8

herramienta avanza linealmente y en una dirección paralela al eje de rotación. El torneado se lleva a cabo tradicionalmente en una máquina herram ienta llamada torno, la cual suministra la potencia para tornear la pieza a una velocidad de rotación determinada con avance de la herramienta y profundidad de corte especificados.

Fig. 3.4 Diagrama de un torno mecánico, en que se indican sus componentes principales.  Además de los tornos mecánicos, se han inventado otras máquinas de tornear para satisfacer funciones particulares o para automatizar el proceso de torneado. Entre estas máquinas están: 1) el torno para herramientas, 2) el torno de velocidad, 3) el torno revólver, 4) el torno de mandril, 5) la máquina automática de tornillos y 6) el torno controlado numéricamente. El torno para herramientas es más pequeño y tiene más velocidades y avances

disponibles. Se construye también para precisiones más altas en concordancia con su propósito de fabricar componentes para herramientas, accesorios y otros dispositivos de alta precisión. 9

El torno de velocidad es más simple en su construcción que el torno mecánico. No

tiene carro principal ni carro transversal ni tampoco tornillo guía para manejar el carro. El operador sostiene la herramienta de corte usando un sostén fijo en la bancada del torno. Las velocidades son más altas en el torno de velocidad, pero el número de velocidades es limitado. Las aplicaciones de este tipo de máquina incluyen el torneado de madera, el rechazado de metal y operaciones de pulido. Un torno revólver es un torno operado manualmente en el cual el contrapunto se ha

reemplazado por una torreta que sostiene hasta seis herramientas de corte. Estas herramientas se pueden poner rápidamente en acción frente al trabajo, una por una, girando la torreta. Además, el poste convencional de herramientas que se usa en el torno mecánico está remplazado por una torreta de cuatro lados, que es capaz de poner cuatro herramientas en posición. Dada la capacidad de cambios rápidos de herramientas, el torno revólver se usa para trabajos de alta producción que requieren una secuencia de cortes sobre la pieza. El torno de mandril, como su nombre lo indica, usa un mandril en el husillo para

sostener la pieza de trabajo. El contrapunto está ausente en esta máquina, de manera que las piezas no se pueden montar entre los centro s. Esto restringe el uso de un torno de mandril a piezas cortas y ligeras. La disposición de la operación es similar al torno revólver, excepto porque las acciones de avance de las herramientas de corte se controlan más en forma automática que mediante un operador. La función del ope rador es cargar y descargar las piezas. Una máquina de barra es similar al torno de mandril, excepto porque se usa una

boquilla en lugar de un mandril, la cual permite alimentar barras largas a través del cabezal en posición de trabajo. Al final de cada ciclo de maquinado, una operación de corte retira la pieza torneada.

Taladrado El taladrado es una operación de maquinado que se usa para crear agujeros redondos 10

en una pieza de trabajo. Esto contrasta con el perforado descrito previamente, el cual solamente puede usarse para agrandar un agujero existente. El taladrado se realiza por lo general con una herramienta cilíndrica rotatoria, llamada broca que tiene dos bordes cortantes en su extremo. La broca avanza dentro de la pieza de trabajo estacionaria para formar un agujero cuyo diámetro está determinado por el diámetro de la broca. El taladrado se realiza en una prensa taladradora, aunque otras máquinas herramienta puedan ejecutar esta operación. Varias operaciones se relacionan con el taladrado. La mayoría de las operaciones son posteriores al taladrado. Primero debe hacerse un agujero por taladrado y después modificarse por alguna de estas operaciones. El centrado y el refrenteado son excepciones a esta regla. Todas las operaciones usan herramientas rotatorias.

Fig. 3.5 Operaciones de maquinado relacionadas con el taladrado: a) escariado, b) roscado interior, c) abocardado, d) avellanado, e) centrado y f) refrenteado. 11

Fresado El fresado es una operación de maquinado en la cual se hace pasar una pieza de trabajo enfrente de una herramienta cilíndrica rotatoria con múltiples bordes o filos cortantes (en algunos casos raros se usa una herramienta con un solo filo cortante llamado fresa perfilada simple). El eje de rotación de la herramienta cortante es perpendicular a la dirección de avance. La orientación entre el eje de la herramienta y la dirección del avance es la característica que distingue al fresado del taladrado. En el taladrado, la herramienta de corte avanza en dirección p aralela a su eje de rotación. La herramienta de corte en fresado se llama fresa o cortador para fresadora y los bordes cortantes se llaman dientes. La máquina herramienta que ejecuta tradicionalmente esta operación es una fresadora. La forma geométrica creada por el fresado es una superficie plana. Se pueden crear otras formas mediante la trayectoria de la herramienta de corte o la forma de dicha herramienta. Debido a la variedad de formas posibles y a sus altas velocidades de producción, el fresado es una de las operaciones de maquinado más versátiles y ampliamente usadas.

Fig. 3.6 Dos tipos básicos de máquina fresadora de codo y columna: a) horizontal y b) vertical. 12

3.2 Velocidades, herramientas y profundidades Velocidad de avance Se entiende por avance al movimiento de la herramienta respecto a la pieza o de esta última respecto a la herramienta en un periodo de tiempo determinado. El avance se designa generalmente por la letra "s" y se mide en milímetros por una revolución del eje del cabezal o porta-herramienta, y en algunos casos en milímetros por minuto. Otra definición correcta En los procesos de fabricación por  mecanizado, se denomina avance a la velocidad relativa entre herramienta y pieza, sin considerar la  velocidad de corte,  que corresponde al movimiento de giro de la pieza o de la herramienta. Suele expresarse en mm/min. El avance por revolución (f n) se puede expresar en milímetros por revolución (mm/rev), de la herramienta en el caso del torneado o de la herramienta en el caso del taladrado o el fresado. El avance por minuto se obtiene de multiplicar el avance por vuelta del husillo por las revoluciones por minuto, de la herramienta o de la pieza.

En el caso de herramientas rotativas, como en el taladrado o en el fresado, el avance por diente (fz) resulta de dividir el avance por revolución entre el número de dientes de la herramienta.

Efectos de la velocidad de avance Una velocidad elevada de avance da lugar a:

1)

Viruta de mayor espesor, mayor área de sección y más rígida. Menor control de

viruta. 13

2)

Mayor fuerza de avance. Puede hacerse necesario usar un ángulo de

desprendimiento menor para que la plaquita tenga mayor resistencia. 3)

Peor calidad superficial, tanto en rugosidad superficial (más avance por vuelta)

como en precisión dimensional (más fuerza de avance). 4)

Menor tiempo de corte.

5)

Menor desgaste de la herramienta.

6)

Mayor tendencia a formar cráteres de desgaste, deformaciones plásticas y

fractura de la herramienta. Una velocidad de avance baja da lugar a:

1)

Viruta con menor espesor, por tanto menos rígida y más fibrosa.

2)

Mayor calidad superficial.

3)

Mayor desgaste de la herramienta y mayor posibilidad de formación de filo de

aportación. 4)

Mayor duración del tiempo de mecanizado.

5)

Mayor coste del mecanizado.

Velocidad de corte Es la distancia que recorre el "filo de corte de la herramienta al pasar en  dirección del movimiento principal (movimiento de corte) respecto a la superficie que se trabaja: El movimiento que origina la velocidad de corte puede ser rotativo o alternativo; en el primer caso, la velocidad de corte o velocidad lineal relativa entre pieza y herramienta corresponde a la velocidad tangencial en la zona que se está efectuando el desprendimiento de la viruta, es decir, donde entran en contacto herramienta y pieza. En el segundo caso, la velocidad relativa en un instante dado es la misma en cualquier punto de la pieza o herramienta. "En el caso de máquinas con movimiento giratorio (Tomo, Taladro, Fresadora, e tc.), la velocidad de corte está dada por: Vc = πDn (m/min). En donde: 14

D = diámetro correspondiente al punto más desfavorable (m). n = número de revoluciones por minuto a que gira la pieza o la herramienta. Para máquinas con movimiento alternativo (Cepillos, Escoplos, Brochadoras, etc.), la velocidad de corte corresponde a la velocidad media y está dada por: Vc = L/T Dónde: L

=

es

la

distancia

recorrida

por

la

herramienta

o

la

pieza

(m).

T = tiempo necesario para recorrer la distancia L (min).

Velocidad de corte en función de los materiales La velocidad de corte esta tabulada, y estos valores se basan en la vida de la herramienta. De hecho, la herramienta debe ser capaz de tomar fuerte durante 60-90 minutos de trabajo. La velocidad de corte es una función tanto del material de pieza de trabajo y material de la herramienta. En general, la velocidad de corte se tabula como una función de la dureza del material. Existe un método llamado "Par herramienta material" para determinar la velocidad de corte correcta para el mecanizado de l material. La velocidad de corte es mayor cuando hay lubricación respecto a "seco". Los materiales duros se cortan a baja velocidad, mientras que los dúctiles se cortan a alta velocidad. Esto debido a que los materiales dúctiles y con alta fricción son propenso a producir un filo recrecido. Este fenómeno conduce a una variación en el ángulo de inclinación del filo de corte y por lo tanto una fuerte pérdida de eficacia de la acción de corte. Este fenómeno se reduce, hasta su casi eliminación, al aumentar la velocidad de corte. De este modo aumenta la velocidad de la deformación del material que se está trabajando y el mismo tiende a alejándose del estado pastoso. Por lo tanto, puede formar un chip similar a la de los metales duros, que no se mezcla con la herramienta. 15

Tabla 3.1 Velocidad de corte de diferentes materiales.

Profundidad de corte Se denomina profundidad de corte a la profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de la herramienta; generalmente se designa con la letra" t" y se mide en milímetros en sentido perpendicular. En las maquillas donde el movimiento de la pieza es giratorio (Torneado y Rectificado) o de la herramienta (Mandrinado), la profundidad de corte se determina según la fórmula: t = (Df  –Di) / 2. Dónde: Di = Diámetro inicial de la pieza (mm). Df = Diámetro final de la pieza (mm). En el caso de trabajar superficies planas (Fresado, Cepillado y Rectificado de superficies planas), la profundidad de corte se obtiene de la siguiente forma: T = E - e (mm) Donde: E = espesor inicial de la pieza e = espesor final de la pieza (mm). 16

3.3 Formación y tipos de viruta Viruta  Al material que se desprende de una pieza cuando esta se somete a un proceso de maquinado se le conoce como viruta, las operaciones de maquinado realizadas por tornos, fresadoras o maquinas similares producen un desprendimiento de viruta. Podríamos decir entonces que todos los procesos de maquinado involucran la formación de virutas a través de la deformación de la pieza en la superficie de trabajo con ayuda de una herramienta de corte. La cantidad de deformación que el material sufre no solo determina el tipo de viruta si no también la calidad de las superficies maquinadas (por ejemplo la rugosidad, la microestructura y los esfuerzos residuales. En general, en la mayoría de los procesos de maquinado se obtiene tres tipos diferentes de virutas que se podrían representar de la siguiente manera.

Fig. 3.7 Tipos de viruta. Las fases de creación de la viruta se podrían describir de la siguiente manera: 1-.Recalcado:  el material es desplazado por la herramienta, deformándose plásticamente. 2-. Cizallado o corte del material : en este caso el esfuerzo cortante supera a la resistencia del material en un plano, llamado plano de corte, por lo que resulta cortada una parte de la viruta. 17

3-. Deslizamiento o salida de la viruta:   la viruta se desliza sobre la cara de desprendimiento de la herramienta, en función del material y las condiciones de corte, esta se trocea en pequeñas porciones o se mantiene unida formando una viruta continua.

. Fig. 3.8 Fases de creación de la viruta.

Factores que influyen en la formación de la viruta El arranque de la viruta depende de algunas variables. Según sean las propiedades mecánicas del material que se trabaja, son diferentes las resistencias a la rotura y a la cortadura de las virutas, pero existen también otros factores que pueden influir en el proceso de formación de las mismas.

Influencia del avance: Al aumentar el avance de la herramienta hay cambio en la formación de la viruta, de continua a irregular.

Influencia de la velocidad: La velocidad de corte (y por consiguiente la temperatura de corte) influyen en la formación de la viruta. Mayor velocidad de corte mayor será el espesor de la viruta relacionándolo con el avance. Ejemplo: a una velocidad de 30 m/min. Con un acero de cementación, su espesor es de 1.6 veces el avance; con una velocidad de corte de 35 m/min. Con el mismo acero el espesor llega a ser 4.5 veces mayor que el avance.

Influencia de la profundidad de pasada:  A una velocidad constante y mayor profundidad hay mejor formación de la viruta. Ejemplo: con una velocidad constante 18

de 20 m/min y una profundidad de 011 mm. Muestra la viruta en forma de granos y totalmente destruidos, mientras que con una profundidad de 0.3 mm. Resultan solo ligeramente deformados y alargados en el sentido del deslizamiento.

Influencia de los ángulos de cuchilla:   También influyen en la deformación de la viruta el valor de los ángulos de desprendimiento y de corte

Angulo de posición: la influencia de este ángulo también es muy grande. El estar trabajando acero de 45 kg/mm a las menores virutas obtenidas con cuchillas de filo normal y con cuchillas de filo oblicuo. Los avances correspondientes a la cuchilla de filo oblicuo son mucho mayores, puesto que el espesor de las virutas varía con el ángulo de posición.

Angulo de ataque: la variación del valor de este ángulo no ha demostrado variaciones notables en las dimensiones de las virutas.

Tipos de viruta Es importante controlar la formación de viruta durante cualquier tipo de mecanizado realizado, ya que la viruta sirve como un indicador para ver como se está afectando en gran o pequeña medida el acabado superficial de la pieza. También se tiene que tener muy en cuenta que la formación de viruta y los tipos de esta no dependen solo de la geometría y tipo de la herramienta sino también del tipo del material a mecanizar ya que pueden ser dúctiles o frágiles y las diferentes condiciones de corte.  Algunos ejemplos de lo mencionado podrían ser la viruta obtenida en el maquinado en nylamid, en aluminio o en acrílico siendo estos materiales los más populares y utilizados tanto en industrias como nivel educativo, y como ya se ha mencionado antes el tipo de viruta que se forma depende tanto del tipo de estos materiales y la condiciones de corte que se les den. 19

Fig. 3.9 Maquinado de nylamid.

Fig. 3.10 Maquinado de acero o aluminio.

Fig. 3.11 Maquinado de acrílico.

Viruta discontinua Este tipo de viruta es producida cuando se maquinan materiales frágiles e incluso cuando se cortan materiales dúctiles con deficientes condiciones de corte, como el 20

hierro colado y el latón con altos porcentajes de Zn. El mecanismo de formación de viruta en este caso es un poco diferente al de viruta continua. En el momento de cortar un material se presenta una cierta compresión por una parte del elemento de corte sobre la superficie que se esté maquinando, es en e ste momento en donde la viruta se empieza a desplazar a lo largo de la inter cara viruta-her ramienta comprimiéndose hasta un punto en donde se presenta una fractura y se separa de la porción de pieza que esta aun sin maquinar con el ángulo de el plano de corte. Dicho de otra forma, tanto la fuerza ejercida así como las restricciones de movimiento actuante en la porción del material hacen que la fisura se propague hacia la superficie y así un pequeño fragmento de viruta se remueve. Conforme la herramienta se mueve este ciclo se repite como se puede apreciar en la imagen (3.3.6).

Fig. 3.12 Viruta discontinua. Existen 5 factores clave por los cuales se puede dar el tipo de viruta discontinua los cuales son:



Material frágil



Un ángulo de ataque pequeño en la herramienta de corte.



Cuando se hace un avance burdo o grueso



Baja velocidad de corte



Vibración excesiva de la maquina o cortador. 21

Viruta continúa En este tipo de virutas no se presenta ningún tipo de fracturas, por el contrario, al maquinar una pieza se produce una tira continua de viruta, que gracias a la ductilidad del material genera un mejor acabado superficial. Para obtener este tipo de viruta generalmente se usa una herramienta de corte de carburo cementado o con un acero de alta velocidad además de esto, se modifica el ángulo de inclinación del elemento cortante y se utilizan fluidos de corte en el momento del maquinado como refrigerantes para evitar que tanto la herramienta como el material sufran algún tipo de daño, quemadura o quebramiento y menos desgaste. Debido a esto se logra obtener una capa brillante en la parte posterior de la viruta que indica la poca resistencia al flujo de la misma Las condiciones ideales para la creación de este tipo de virutas son los siguientes:



Material dúctil de trabajo



Avances relativamente finos



Bordes de la herramienta de corte bien afilados



Un gran ángulo de ataque en la herramienta



Velocidades de corte altas



Enfriamiento tanto de la herramienta de corte como del material maquinado con

fluidos de corte

Fig. 3.13 Viruta continua. 22

Viruta segmentada Son virutas semicontinuas, con aspecto de viruta serrada con zonas de baja y alta deformacion por cortante. Se da en metales de baja conductividad termica y con una resitencia que disminuye rapidametee con la temperatura

Fig. 3.14 Viruta segmentada.

Viruta de borde acumulado Consiste en capas del material de la pieza maquinada, que se depositan en forma gradual sobre la herramienta. Al agrandarse, esta viruta pierde estabilidad y termina por romperse. Parte del material de la viruta es arrastrado por su lado que ve a la herramienta y el resto se deposita al azar sobre la superficie de la pieza. A medida que aumenta la velocidad de corte, disminuye el tamaño del borde acumulado. La tendencia de formación del borde acumulado se reduce disminuyendo la velocidad de corte, aumentando el ángulo de ataque, utilizando una herramien ta aguda con un buen fluido de corte

Fig. 3.15 Viruta a borde acumulado. 23

CONCLUSIONES Con el desarrollo de la investigación se logró apreciar todos los tipos de her ramientas, principios de funcionamiento y demás aplicaciones de las maquinas herramienta más conocidas, denominadas torno y fresadora. Así, de la misma manera al momento de ir investigando y recopilando información se logró identificar las diferencias entre una y otra máquina; así como que ambas se estructuran de forma diferente, es decir tienen partes distintas.  Además con el desarrollo de esta investigación se estudió el desarrollo de ambas maquinas, y se observó que ambas son aplicables en un entorno industrial. Así mismo se pudo ver con detalle que las máquinas-herramienta hacen el trabajo de producción más sencillo, práctico y económico para la empresa que las emplea. Es una forma de hacer un trabajo de calidad y efectivo. Con esta técnica se han podido lograr diferentes objetivos con más exactitud y precisión que antes, cuando se utilizaba la mano de obra humana, además que las formas geométricas obtenidas son más complejas. Existen una gran cantidad de máquinas herramientas especializadas para distintas procesos de conformado, que pueden ser sustituidas por otras so lo agregando algunos aditamentos o modificando la herramienta de corte.  Algunas máquinas son modificaciones de otras, en las cuales se aplica el mismo principio de operación pero difieren en una u otra característica pero que al final tiene un objetivo específico, pues por ejemplo pueden tener mordazas de sujeción, o una torreta que soporte más de una herramienta de corte. En fin el desarrollo continuo de estas máquinas ha permitido el desarrollo de técnicas de conformado muy precisas, tanto en dimensiones como en terminados superficiales. Y la cantidad de herramientas para las maquinas, que existe en el mercado es casi ilimitada por lo que se pueden ajustar a las necesidades de cada producción, por lo tanto todo depende del ingenio de cada operador. 24

RECOMENDACIONES  A pesar del gran contenido teórico que se pudo obtener mediante el desarrollo de esta investigación y con los resultados que se pretenden obtener con la realización de la practica en el laboratorio parecería que es suficiente para adquirir el conocimiento necesario, sin embargo no es así, es por ello que se han planteado las siguientes recomendaciones para poder maximizar mejor lo comprendido en relación a los temas de esta unidad. 

Que el equipo expositor realice más preguntas.



Evitar que los alumnos pierdan el interés.



Elaboración de más ejemplos. visuales pero con una retroalimentación grupal

al final de cada uno. 

Ejercicios más didácticos, para desarrollar un conocimiento más amplio.



Generar más preguntas al aire para responderlas por los alumnos.



Tratar de dar pequeños resúmenes muy minuciosos de lo realmente importante

en cada tema. 

Estimular la participación de los compañeros con preguntas que necesiten una

respuesta más a la ideología del alumno. 

Evitar un ambiente aburrido de desinterés.



Mostrar ejemplos más cotidianos para un mejor entendimiento.



Evitar usar en las presentaciones colores que no se ven o por el fondo son

imperceptibles. 

Ejercicios en grupo.



Buscar el mejor ángulo para proyectar la presentación para la buena

observación de los alumnos. 

Dar explicaciones breves y dejar más a la participación del grupo y claro corregir

errores. 

Profundizar más en los temas.



Buscar que los alumnos participen más.

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FUENTES DE CONSULTA *Groover, Mikell P., Fundamentos de manufactura moderna, Ed. McGraw Hill, 3ra edición. * Alcañiz, Pedro (2013), La historia de la herramienta de corte, Obtenido de: http://www.seas.es/blog/diseno_mecanico/la-historia-de-la-herramienta-de-corte/

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GLOSARIO 1. Máquinas-herramientas: son máquinas estacionarias que se utiliza para dar forma o modelar materiales sólidos.

2. Pieza de trabajo rotacional: tiene la forma de cilindro o disco. 3. Pieza de trabajo no rotacional: es una pieza en forma de bloque o placa. 4. Operación por generación: la forma de la pieza de trabajo está determinada por la trayectoria del avance de la herramienta de corte.

5. Roscado: es una superficie cuyo eje está contenido en el plano y en torno a él describe una trayectoria helicoidal cilíndrica.

6. Mecanizado:  es un proceso de fabricación que comprende un conjunto de operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión.

7. Herramienta: es un objeto elaborado a fin de facilitar la realización de una tarea mecánica que requiere de una aplicación correcta de energía.

8. Prensa:  La prensa es un dispositivo que se utiliza para compactar. El término procede del catalán premsa y está vinculado a ejercer una presión o emplear una fuerza.

9. Fresado: es una operación de maquinado en la cual se hace pasar una pieza de trabajo enfrente de una herramienta cilíndrica rotatoria con múltiples bordes o filos cortantes.

10. Taladrado: El taladrado es una operación de maquinado que se usa para crear agujeros redondos en una pieza de trabajo.

11. Torneado: El torneado es un proceso de maquinado en el cual una herramienta de una sola punta remueve material de la superficie de una pieza de trabajo cilíndrica en rotación.

12. Leva: En mecánica, pieza que gira solidariamente con un eje, con el que está unida directamente o por medio de una rueda, y que al girar comunica su movimiento a otro mecanismo: la leva se emplea para transformar un movimiento circular continuo en un movimiento rectilíneo alternativo.

13. Broca: es una herramienta cilíndrica rotatoria. 27

14. Perfilado: El perfilado es un proceso de fabricación por deformación plástica que se aplica a chapa metálica

15. Remache:  es un elemento de fijación que se emplea para unir de forma permanente dos o más piezas. Consiste en un tubo cilíndrico (el vástago) que en su fin dispone de una cabeza. Las cabezas tienen un diámetro mayor que el resto del remache, para que así al introducir éste en un agujero pueda ser encajado.

16. Viruta: El material que se desprende de una pieza cuando esta se somete a un procesos de maquinado se le conoce como viruta.

17. Herramienta de corte: se basan en un proceso de arranque de viruta. 18. Rugosidad: es el conjunto de irregularidades que posee una superficie. La mayor o menor rugosidad de una superficie depende de su acabado superficial. Éste, permite definir la micro geometría de las superficies para hacerlas válidas para la función para la que hayan sido realizadas.

19. Esfuerzo residual: es un esfuerzo interno que no desaparece después de quitar el esfuerzo externo. Esfuerzo; fuerza aplicada a una superficie o área en e specífico.

20. Recalcado:  el material es desplazado por la herramienta, deformándose plásticamente.

21. Cizallado: en este caso el esfuerzo cortante supera a la resistencia del material en un plano, llamado plano de corte, por lo que resulta cortada una parte de la viruta.

22. Salida de la viruta:  la viruta se desliza sobre la cara de desprendimiento de la herramienta, en función del material y las condiciones de corte.

23. Propiedades mecánicas: propiedades de un material, como la resitencia, que describe que tanto resiste la fuerza aplicada, incluyendo fuerzas de tensión o de compresión.

24. Ductilidad: capacidad de conducir el calor

o la electricidad, la dureza, la

maleabilidad o la ductilidad son características especiales de ciertos materiales.

25. Nylamid: es un termoplástico cristalino de alta rigidez, usado en piezas de precisión que requieren alta rigidez, baja fricción y una excelente estabilidad dimensional.

26. Velocidad de corte: es la velocidad tangencial de un punto situado en el perímetro circular de la herramienta. Sus unidades son de velocidad lineal. 28

27. Avance de mecanización: velocidad lineal del centro de la herramienta. Se expresa en unidades de velocidad lineal generalmente en mm/min.

28. Avance por diente: distancia recorrida en el sentido y la dirección del avance por la fresa en el espacio de tiempo en el que un diente o labio de la herramienta ha tardado en girar una vuelta completa.

29. Velocidad de giro de la herramienta: expresada en velocidades de velocidad angular. Generalmente las unidades son rev/min.

30. Carburo cementado: es un material duro utilizado en el mecanizado de materiales resistentes tales como el acero al carbono o acero inoxidable, asi como en situaciones en las que otras herramientas flaquean, como grandes series de producción.

31. Acero de alta velocidad: son aceros especiales de alto rendimiento con elevada dureza hasta los 500 grados centígrados.

32. Características de los aceros de alta velocidad: elevada dureza, resistencia, resistencia al desgaste y tenacidad. Conservan el filo a muy altas temperaturas.

33. Control numérico: sistema de automatización de máquinas herramienta que son operadas mediante comandos programados en un medio de almacenamiento, en comparación con el mando manual mediante volantes o palancas.

34. Profundidad de corte: Se denomina profundidad de corte a la profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de la herramienta.

35. Refrigerante: Para ser bueno el líquido debe poseer una baja viscosidad, la capacidad de bañar bien el metal (para obtener el máximo contacto térmico); un alto calor específico y una elevada conductibilidad térmica.

36. Lubricante: Tiene la función de reducir el coeficiente de rozamiento en una medida tal que permita el fácil deslizamiento de la viruta sobre la cara anterior de la herramienta.

37. Piñón: rueda de un mecanismo de cremallera o a la rueda más pequeña de un par de ruedas dentadas, ya sea en una transmisión directa por engranaje o indirecta a través de una cadena de transmisión o una correa de transmisión dentada.

38. Bancada: Es un zócalo de fundición soportado por uno o más pies, que sirve de apoyo y guía a las demás partes principales del torno. 29

39. Carro principal de bancada: Consta de dos partes, una de las cuales se desliza sobre la bancada y la otra, llamada delantal, está atornillada a la primera y desciende por la parte anterior.

40. Cabezal fijo: Es una caja fijada al extremo de la bancada por medio de tornillos o bridas. En ella va alojado el eje principal, que es el que proporciona el movimiento a la pieza.

41. Carro transversal: El carro principal lleva una guía perpendicular a los de la bancada y sobre ella se desliza el carro transversal. Puede moverse a mano, para dar la profundidad de pasada o acercar la herramienta a la pieza.

42. Caja de cambios: Situada en la base del torno; desde allí se transmite el movimiento hasta el cabezal por medio de correas. Este sistema se presta muy bien para tornos rápidos y, sobre todo, de precisión.

43. Carro: En el torno la herramienta cortante se fija en el con junto denominado carro. La herramienta debe poder acercarse a la pieza, para lograr la profundidad de pasada adecuada y, también, poder moverse con el movimiento de avance para lograr la superficie deseada.

44. Cabezal móvil: consta de dos piezas de fundición, de las cuales una se desliza sobre la bancada y la otra puede moverse transversalmente sobre la primera.

45. Coeficiente de fricción: El coeficiente de rozamiento o coeficiente de fricción expresa la oposición al deslizamiento que ofrecen las superficies de dos cuerpos en contacto. Es un coeficiente adimensional.

46. Viruta segmentada: Son virutas semicontinuas, con aspecto de viruta serrada con zonas de baja y alta deformacion por cortante. Se da en metales de baja conductividad termica y con una resitencia que disminuye rapidametee con la temperatura

47. Viruta de borde acumulado:  Consiste en capas del material de la pieza maquinada, que se depositan en forma gradual sobre la herramienta. Al agrandarse, esta viruta pierde estabilidad y termina por romperse. Parte del material de la viruta es arrastrado por su lado que ve a la herramienta y el resto se deposita al azar sobre la superficie de la pieza.

48. Pieza: Elemento que forma parte de un mecanismo, máquina o artefacto. 30