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Procesos de conformado tradicional por arranque de viruta.

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Luis Fernando Rodríguez Archundia

on 25 September 2013

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Procesos de conformado tradicional por arranque de viruta.
3.1 Clasificación de las máquinas herramientas
3.2 Velocidades, herramientas y profundidades de corte
El material que se desprende de una pieza cuando está 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, esta viruta es básicamente de tres tipos.
Por:
Calixto Telumbre Edgar
Díaz Pichardo Eduardo
Estrada Molina Franco Andre
Matías Rojas Daniel Alan
Rodríguez Archundia Luis Fernando
Villafaña Barrios Oscar
3.3 Formación y tipos de viruta
Es una de las máquinas más antiguas y trabaja el arranque de material mediante una herramienta cortante y brocas. Para ello la pieza gira y mediante un carro en el que se sitúa la herramienta se va desgastando la pieza obteniendo partes cilíndricas y cónicas. Si se coloca una broca en la posición correspondiente, se pueden realizar agujeros.
Entre las máquinas convencionales tenemos las siguientes máquinas básicas:

Torno
Hay varios tipos de tornos:
Los paralelos, que son los convencionales;
Los de control numérico, que están controlados por un sistema electrónico programable;
Los de levas, en que el control se realiza mediante unas levas, éstos también son llamados de decoletaje;
Los tornos revólver, que poseen una torreta que gira, el revólver, en la cual se sitúan los diferentes útiles de trabajo.
Taladros
Un tipo especial de taladradoras son las punteadoras que trabajan con pequeñas muelas de esmeril u otro material. Son utilizadas para operaciones de gran precisión y sus velocidades de giro suelen ser muy elevadas.
Destinados a perforación en estas máquinas herramientas el útil es el que gira y la pieza permanece fija a una mordaza.
El útil suele ser normalmente una broca y también se pueden realizar otras operaciones con diferentes útiles, como avellanar y escariar.

Fresadora
Con la finalidad de la obtención de superficies lisas o de una forma concreta, las fresadoras son máquinas complejas en las que es el útil el que gira y la pieza la que permanece fija a una bancada móvil.
El útil utilizado es la fresa, que suele ser redonda con diferentes filos cuya forma coincide con la que se quiere dar a la pieza a trabajar. La pieza se coloca sólidamente fijada a un carro que la acerca a la fresa en las tres direcciones, esto es en los ejes X, Y y Z.
Pulidora
Trabaja con un disco abrasivo que va comiendo el material de la pieza a trabajar. Se suele utilizar para los acabados de precisión por la posibilidad del control muy preciso de la abrasión. Normalmente no se ejerce presión mecánica sobre la pieza.
Se usa para la obtención de superficies lisas. La pieza permanece fija y el útil, que suele ser una cuchilla, tiene un movimiento de vaivén que en cada ida come un poco a la pieza a trabajar.

Existe otra categoría denominada "De vaivén"
Perfiladora

Roscado
Obtención de superficies de revolución
Cilindrado
Proceso para la obtención
de cilindros interiores y exteriores
Rectificado
Proceso para la obtención de caras planas
Moleteado
Obtención de superficies de rayadas
Perfilado
Obtención de superficies de revolución
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Cepilladora
Al contrario de la perfiladora, en la cepilladora es la pieza la que se mueve. Permite realizar superficies lisas y diferentes cortes. Se pueden poner varios útiles a la vez para que trabajen simultáneamente.
Sierras
Son de varios tipos, de vaivén, circulares o de banda. Es la hoja de corte la que gira o se mueve y la pieza la que acerca a la misma.
No convencionales
Las de electrodos, que realizan agujeros de la forma del electrodo o bien desgaste superficiales con la forma inversa de la que tiene el electrodo, hace grabaciones.

Las de hilo que, mediante la utilización de un hilo conductor del que saltan las chispas que desgastan el material, van cortando las pieza según convenga. En ambos casos durante todo el proceso, tanto el útil como la pieza están inmersos en un líquido no conductor.
Las máquinas de electroerosión desgastan el material mediante chispas eléctricas que van fundiendo partes minúsculas del mismo. Hay dos tipos de máquinas de electroerosión,
Electroerosión
Arco de plasma

Se utiliza un chorro de gas a gran temperatura y presión para el corte del material.
Láser
En este caso es un potente y preciso rayo láser el que realiza el corte vaporizando el material a eliminar.
Haciendo vibrar un útil a velocidades ultrasónicas, por encima de los 20.000 Hz y utilizando un material abrasivo y agua se van realizando el mecanizado de la pieza por la fricción de las partículas abrasivas. Se usa para trabajar materiales muy duros como el vidrio y el diamante y las aleaciones de carburos.
Ultrasónica
El arranque de material se realiza mediante una presión sobre la pieza cuando hay movimiento:
• Por parte de la pieza
• Por parte de la herramienta
• De la pieza y la herramienta

Propiedades que determinan el desempeño:
• Plataforma cinemática: grados de libertad de la máquina
• Rigidez: para resistir las fuerzas generadas, el peso e inercia
• Amortiguamiento
• Precisión

Según sea la naturaleza del movimiento de corte, las máquinas-herramientas se clasifican en:
• Máquinas-herramientas de movimiento circular.
o Con el movimiento de corte en la pieza: Torno paralelo, torno vertical
o Con el movimiento de corte en la herramienta: Fresadora, taladradora, mandrinadora.
• Máquinas-herramientas de movimiento rectilíneo,
o El movimiento de corte lo posee la herramienta (limadora, mortajadora)
o El movimiento de corte lo posee la pieza (cepilladora)
• Las máquinas de movimiento circular tienen mayor capacidad de arranque que las de movimiento rectilíneo.
Características técnicas de una máquina: capacidades de trabajo y sus elementos.
• Características generales: Se refieren a los mecanismos principales, forma geométrica de los órganos másicos principales, etc.
• Características de capacidad: Aquellas que definen las dimensiones máximas de las piezas a montar.
• Características de trabajo: posibilidades de potencias, velocidades, etc.
Movimientos fundamentales en una máquina herramienta
• Movimiento de corte: aquel en la dirección en que se produce el corte
• Movimiento de avance: perpendicular al de corte
• Movimiento de penetración: profundidad del corte; realizado en forma escalonada
Velocidades de Corte

Es la velocidad de desplazamiento relativo de la pieza con la herramienta en la dirección del corte.
Si el movimiento es rectilíneo, la velocidad de corte coincide con la velocidad de traslación de la herramienta.
Si el movimiento es giratorio, la velocidad de corte coincide con la velocidad periférica de la pieza.
En máquinas de movimiento circular, la velocidad de corte es igual a la longitud de la circunferencia mayor de la herramienta o de la pieza, por el número de vueltas que giran en la unidad de tiempo. Por tanto, en las máquinas-herramientas como el torno, la taladradora y la fresadora, la velocidad de corte viene dada por la siguiente fórmula:
Vc= velocidad de corte (m/min);
D=diámetro de la pieza (mm);
N= velocidad del giro (r.p.m).
La velocidad de corte de las máquinas de movimiento rectilíneo resulta algo difícil de calcular, ya que el movimiento no es uniforme en todas las máquinas ni entre las dos carreras. Sin embargo, para la práctica es válido considerar la velocidad de corte como la velocidad media de las dos carreras. Por tanto, se puede decir que la velocidad de corte es igual al doble de la longitud de una carrera, multiplicada por el número de carreras útiles de las herramientas o de la pieza en la unidad de tiempo.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE CORTE
En general, los materiales blandos se mecanizan con mayores velocidades de corte que los duros, pues en los primeros la herramienta se embota más rápidamente. En los materiales blandos deben proyectarse las herramientas de corte de modo que las virutas largas tengan hueco suficiente para alojarse y debe cuidarse que haya una buena lubricación.
Material de la pieza.
El útil de corte ha de realizar su función sin romperse, soportar el aumento de temperatura inherente a la gran velocidad de corte sin perder su dureza y desgastarse lo menos posible. En resumen: debe ser duro, plástico, resistente al recocido y al desgaste.
Material de la herramienta.
En general las secciones grandes de viruta, se obtienen con velocidades pequeñas de corte, mientras que con velocidades grandes sucede lo contrario.
Sección de la viruta.
Se logra así disminuir el calentamiento por rozamiento, al mismo tiempo que se enfría la herramienta, pudiéndose aumentar la velocidad de corte.
Refrigeración y lubricación del filo de la herramienta.
Se considera como el intervalo que transcurre entre dos afilados consecutivos. Ensayos realizados demuestran que la relación entre el tiempo de vida útil de la herramienta y la velocidad de corte es una magnitud constante. Esto quiere decir que aumentando la velocidad de corte disminuye la vida útil de la herramienta.
Duración de la herramienta.
Es de vital importancia la elección correcta de la velocidad de corte ya que de ella va a depender el coste del proceso, la duración de la herramienta, el tiempo de mecanizado e incluso la potencia necesaria en la máquina. Por tanto, a la hora de elegir la velocidad de corte, conviene distinguir:
La velocidad de menor desgaste (Vo): con ella la herramienta da la máxima producción de viruta entre dos afilados, por lo que también se la llama velocidad óptima.
La velocidad económica (Ve): Aumentando la velocidad de menor desgaste en 1/3, la herramienta se desgasta más y requiere afilados más frecuentes pero el tiempo empleado en ellos queda compensado con un considerable aumento de la producción. Su relación con la velocidad de menor desgaste es:
La velocidad límite o antieconómica (Vl): Con ella el desgaste de la herramienta es tan grande que exige afilarla con mucha frecuencia. Esto supone una pérdida de tiempo que da lugar a que la producción disminuya. Su relación con la velocidad de menor desgaste es:
HERRAMIENTAS DE CORTE
Las herramientas de corte sufren altas temperaturas
y grandes esfuerzos mecánicos.
LOS PRINCIPALES REQUISITOS DE LAS
HERRAMIENTAS DE CORTE SON:
• Alta resistencia al desgaste.
• Alta estabilidad física y química a alta
temperatura.
• Alta resistencia a la fractura frágil.
No es posible conseguir todas las cualidades a la vez
y es necesario llegar a soluciones de compromiso.
INFLUENCIA DEL TIPO DE PROCESO:
• Tipo de fuerzas que sufre la herramienta:
impactos o fuerzas de módulo constante.
• Temperatura que alcanza el filo de la
herramienta.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE LAS
HERRAMIENTAS DE CORTE:
Los materiales utilizados en las herramientas de
corte son muy duros si se comparan con los
materiales mecanizados.
A medida que se utilizan materiales de mayor dureza, se pierde tenacidad (Menor resistencia a los
impactos).

LOS MATERIALES MÁS UTILIZADOS EN LAS
HERRAMIENTAS DE CORTE SON:
• Acero rápido
• Metal duro
• Otros materiales cerámicos
• Nitruro de boro cúbico
• Diamante policristalino
Existe también una relación entre la dureza de los
materiales con la temperatura. A medida que se
aumenta la temperatura se pierde dureza.
Materiales de
herramientas de corte
ACERO RÁPIDO (HSS)
• Muy utilizado en la actualidad.
• Son aceros con alto contenido en carbono
con adiciones considerables de elementos
de aleación tales como W, Mo, Cr, V y Co.
METAL DURO (HM, Hard Metal)
• El metal duro es una mezcla de carburo de
tungsteno y cobalto (CW+Co).
• A medida que crece su contenido en
cobalto, más tenaz es la herramienta
CERÁMICAS, NITRURO DE BORO CÚBICO Y
DIAMANTE
• Las cerámicas son materiales muy duros,
pero que mantienen cierta tenacidad. Se
suelen utilizar para mecanizado de alta
producción en condiciones de corte muy
estables. Un ejemplo es el torneado de
discos de freno de automóvil.
• Se utilizan varios tipos de cerámicas. Las
más comunes son la alúmina (Al2O3), el
SIALON y el nitruro de silicio (NSi).
Recubrimientos para herramientas de corte
• Prácticamente la mayoría de los recubrimientos se basan en el Nitruro de Titanio (TiN).
• En función de la propiedad que se busca, se han desarrollado:
• TiCN: Más dureza que TiN.
• TiAlN: Recubrimientos más duros a mayores temperaturas que TiN.
• TiCAlN: Mejora de la fricción.
Existe gran variedad de materiales utilizados en recubrimiento, y continuamente aparecen nuevos compuestos y otros quedan obsoletos.
Desgaste de las herramientas de corte
• El desgaste progresivo de la herramienta, es un fenómeno inevitable.
• La selección de una herramienta de corte óptima ayuda a retrasar su aparición y ralentizar el desgaste en la medida de lo posible, pero con el uso continuado se
desgasta.
• Una vez que se llega a un desgaste elevado, se alcanza el fin de vida de la herramienta.
• El desgaste en las herramientas se da por la combinación de rozamiento, alta temperatura y afinidad química entre el material de la herramienta y el aterial de la pieza
Existen una serie de fenómenos que provocan el desgaste de la herramienta.
• Abrasión con la pieza y viruta: pérdida de material de la herramienta.
• Difusión, favorecida por las altas temperaturas.
• Oxidación: se da en la superficie de la herramienta y también es favorecida por las altas temperaturas.
• Adhesión debida a la alta presión de contacto entre viruta y herramienta.
Profundidades de corte
Se define como la distancia radial de penetración de la herramienta en la pieza.
Se denota con las letras Ap
Sus valores dependen de la longitud del filo de la herramienta y la cantidad de material a remover. Los valores mas usuales utilizados en el taller están entre 0,5 mm - 1 mm

FORMACIÓN DE VIRUTA
Es la zona del corte menos sensible de las tres, si se utilizan plaquitas de metal duro.
El metal duro admite bien los esfuerzos de compresión del impacto de entrada, bz produce una viruta más gruesa.

3. Salida del corte
1. Entrada en el corte
2. Arco de empañe en el corte
El valor máximo de arco de empañe es 180° (ae = 100% Dc) para ranurar.
Durante el fresado en acabado, el arco puede ser muy pequeño.
Los requisitos de calidad son muy distintos, en función del porcentaje de inmersión radial, ae/Dc.
Cuanto mayor sea el arco de empañe, mayor será la transferencia de calor hacia el filo.
Si el arco de empañe es grande, las calidades con recubrimiento CVD son las que ofrecen la mejor barrera ante el calor.
Si el arco de empañe es pequeño, el espesor de la viruta suele ser reducido y el filo agudo de las calidades con recubrimiento PVD genera menos calor y menores fuerzas de corte.

Arco de empañe grande (máx.)
Mucho tiempo en el corte
Fuerza radial alta
Se genera más calor
Calidades con recubrimiento CVD

Arco de empañe pequeño
Poco tiempo en el corte y menos calor => valor más alto de vc
Viruta más delgada => valor más alto de fz
Es posible aplicar valores más altos de vc y de fz
Filos agudos
Calidades con recubrimiento PVD

La salida de la pieza es la más sensible de las tres zonas del corte.
Una viruta gruesa producirá a menudo una reducción drástica de la vida útil de la herramienta si se utilizan plaquitas de metal duro. La viruta carece de apoyo en el punto final del corte y tiende a doblarse, esto genera una fuerza de tracción en el metal duro que puede crear una fractura en el filo.

TIPOS DE VIRUTAS
Las operaciones de maquinado realizadas en tornos, fresadoras o máquinas-herramienta similares, producen virutas de tres tipos:
Discontinuas, continuas y continua con borde acumulado o protuberancia.
El tipo de viruta está determinado primordialmente por:
a) Propiedades del material a trabajar.
b) Geometría de la herramienta de corte.
c) Condiciones del maquinado (profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de corte).
En general, es posible diferenciar inicialmente tres tipos de viruta:
Viruta discontinua: Este caso representa el corte de la mayoría de los materiales frágiles tales como el hierro colado o fundido y el latón fundido, e incluso cuando se cortan metales dúctiles en deficientes condiciones de corte.
Viruta Continua: Este tipo de viruta, el cual representa el corte de la mayoría de materiales dúctiles que permiten al corte tener lugar sin fractura, es producido por velocidades de corte relativamente altas, grandes ángulos de ataque (entre 10º y 30º) y poca fricción entre la viruta y la cara de la herramienta.
Las virutas continuas y largas pueden ser difíciles de manejar y en consecuencia la herramienta debe contar con un rompe virutas que retuerce la viruta y la quiebra en tramos cortos.

Viruta Continua con protuberancias: Este tipo de viruta representa el corte de materiales dúctiles a bajas velocidades en donde existe una alta fricción sobre la cara de la herramienta. Esta alta fricción es causa de que una delgada capa de viruta quede cortada de la parte inferior y se adhiera a la cara de la herramienta. La viruta es similar a la viruta continua, pero la produce una herramienta que tiene una saliente de metal aglutinado soldada a su cara. Periódicamente se separan porciones de la saliente y quedan depositadas en la superficie del material, dando como resultado una superficie rugosa; el resto de la saliente queda como protuberancia en la parte trasera de la viruta.
En cuanto a las formas las podemos encontrar: con forma de agujas, virutas desmenuzadas, virutas en forma de bastoncitos; trozos espirales o helicoidales; espirales netas; trozos cortos de cinta; hélices cortas y estrechas; hélices cortas y anchas; hélices largas, estrechas; hélices largas, anchas; virutas de sesgo rectilíneo; virutas de formato ovillo.
Formas de viruta:
Otra clasificación de la viruta es su forma, la cual está dada principalmente por el tipo de material, decimos principalmente, puesto que también hay otros factores que influyen; tales como: procedimiento de trabajo, forma de la herramienta, sección transversal de la viruta, velocidad de corte, salida o desprendimiento de viruta, medios de refrigeración y lubricación.
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