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Conformación por arranque de material

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1. Generalidades

La conformación por arranque de material se realiza arrancando el material sobrante en forma de virutas o diminutas partículas para, de esta manera, obtener la pieza deseada de acuerdo con el plano.

En estos procesos hay una gran perdida de material en forma de viruta lo que ocasiona un coste elevado. Por lo tanto, se debe utilizar una pieza de forma y dimensiones similares a las definitivas.

El corte de materiales se realiza con ayuda de unas máquinas que se denominan máquinas-herramientas. Esta operación de rebajado de material en una pieza por medio de una herramienta cortante se conoce como mecanizado.

2. Parámetros fundamentales en las máquinas-herramientas

Pueden considerarse de los siguientes:

- Ángulos de corte
- Velocidad de corte.

- Tiempos de fabricación

- Fuerza de corte

- Potencia de corte

2.1 Ángulo de corte

La herramienta de corte más sencilla, y de que se derivan fundamentalmente las demás, es la cuchilla: una barra de sección cuadrada que presenta un extremo afilado en forma de cuña, que es el que permite el corte.

La cuchilla consta de las siguientes partes.

Filo: es la arista que corta

Superficie e ataque: es la cara de la cuña que se sitúa frente a la superficie de la pieza.

Superficie de incidencia: es la cara que se sitúa frente a la superficie trabajada de la pieza.

Angulo de incidencia: es el ángulo que forma la herramienta con la superficie de la pieza. Tiene como misión disminuir el rozamiento entre la cuchilla y el material si el ángulo es muy pequeño la cuchilla no penetra bien la pieza y si es muy grande el filo no tiene suficiente apoyó para resistir las fuerzas de corte.

Ángulo de ataque: es el formado por la cuchilla con la normal a la superficie de la pieza.

Si el ángulo es muy pequeño se gasta demasiada energía y la herramienta se calienta. Si es muy grande el filo se debilita pero la pieza queda mejor terminada.

Ángulo de filo: es el ángulo formado por las superficies de ataque y de incidencia de la cuchilla. No debe ser demasiado pequeño, pues en ese caso puede romperse la herramienta.

Ángulo de corte: es la suma de los ángulos de incidencia y de filo.

2.2. Fuerzo de corte

La fuerza de corte es la fuerza que se debe aplicar a la cuchilla para vencer la resistencia a la rotura que ofrece el material cuando se conforma con arranque de viruta.

No es posible obtener el valor exacto de esta fuerza, debido a la enorme cantidad de factores que influyen sobre ella. Principales movimiento de arranque:

* Movimiento de corte: también llamado de ataque. Es debido a la rotación de la pieza. La cuchilla ejerce una fuerza sobre la pieza y, como consecuencia del tercer principio de la Dinámica, la pieza reacciona con una fuerza igual módulo y dirección, pero en sentido contrario.

*Moviendo de avance: se debe al desplazamiento longitudinal de la herramienta. La pieza ejerce una fuerza de oposición al avance.

*Movimiento de penetración: se debe al desplazamiento radial de la herramienta. Aparece la fuerza de resistencia a la penetración de la cuchilla en la pieza, perpendicular a las dos anteriores y en la dirección de la penetración.

2.3. Velocidad de corte

La velocidad de corte es la rapidez con la que la herramienta corta la viruta. Se mide en metros por minutos.

2.3.1. Factores que influyen en la velocidad de corte.

Materiales de la pieza: Para los materiales blandos se emplean velocidades de corte mayores que para los duros; en el primer caso deben diseñarse los sistema de forma que exista hueco suficiente para el alojamiento de las virutas, además de una buena lubricación.

Sección de la viruta: con las velocidades pequeñas de corte se obtienen secciones grandes de la viruta; si la velocidad de corte es mayor, la sección disminuye.

Refrigeración y lubricación del filo de la herramienta: de esta manera disminuye el aumento de temperatura producido por el rozamiento; al enfriarse la herramienta puede aumentar las velocidades de corte.

Duración de la herramienta: se denomina así al intervalo de tiempo que transcurre entre dos afilados consecutivos.

2.4. Potencia de corte.

La potencia necesaria en la cuchilla para el avance y desprendimiento del material se conoce como potencia de corte.

2.5. Tiempos de fabricación

En un taller bien organizado resulta fundamental conocer el tiempo que se va a intervenir en la fabricación de una pieza. Existen varios métodos para calcular el tiempo:

Cálculo de costes más exacto: es posible obtener el coste de los productos fabricados sobre mucho más firme si se conoce el tiempo que se va a tardar en hacerlos.

Mejora del rendimiento: se puede obtener el máximo aprovechamiento de las máquinas mediante una correcta ordenación de los trabajos que se han de realizar.

Mejora de la productividad: al analizar las operaciones y los tiempos necesarios para llevarlas a cabo, se pueden detectar fases defectuosas o innecesarias, que se pueden suprimir o corregir.

Este tiempo de fabricación se puede dividir en dos partes:

Tiempo principal: es el tiempo de corte o funcionamiento de la máquina. Puede ser obtenido para cada una de ellas de modo matemático.

Tiempo accesorio: es el que se consume en operaciones que no son de corte (aunque sí resultan imprescindibles): conectar y desconectar a máquina, sujetar o soltar la pieza.

3. Torno

Aunque existen muchos tipos de tornos de características muy diferentes, en el torno fundamental (torno cilíndrico) pueden distinguirse cuatro partes bien diferenciadas:

Bancada: es la parte más robusta y sirve de soporte a todas las demás piezas.

Cabezal fijo: contiene el eje principal, en cuyo extremo van los órganos de sujeción y accionamiento de la pieza. Por medio de un motor se les imprime el movimiento de giro.

Cabezal móvil: Se encuentra en el extremo opuesto al cabezal fijo, y se puede desplazar por medio de unas guías a lo largo de toda la longitud del torno.

Carro portaútilies: es el que lleva la herramienta, a la que se comunican los movimientos de avance y penetración.

3.1. Operaciones de torneado.

Mediante las herramientas adecuadas y distintos procedimientos de torneado se puede obtener una gran variedad de piezas de revolución. Las operaciones fundamentales son:

Cilindrado: consiste en mecanizar un cilindro recto de un longitud y diámetro determinados determinados.

Refrenado: la herramienta no presenta el movimiento de avance, sino únicamente el de profundidad de pasada.

Recurado: se trata de abrir ranuras en las piezas; por lo tanto, un cilindro efectuado en un franja estrecha.

Roscado: es un cilindro realizado con velocidades de avance de la herramienta mucho mayores que la de giro de la pieza.

3.2. Taladradora

La taladradora es una máquina que permite perforar piezas metálicas y no metálicas por medio de una herramienta que se denomina broca.

La boca es una barrena cilíndrica de acero rápido, en cuyo extremo hay unos bornes afilados que al girar cortan el material.

3.2.1. Operaciones de taladro.

Las taladradoras han sido concebidas fundamentalmente para realizar agujeros; hay otros tipos de perforación.

Pasantes: si atraviesan la pieza.

Ciegos: si no la atraviesan.

Escariado: su misión es afinar y ajustar de forma más precisa las dimensiones de los agujeros.

Barrenado: consiste en agrandar un agujero previamente realizado. Es un mecanizado complementario al taladro, cuyo cometido es ensanchar el agujero en toda longitud.

Penetrado: es un barrenado en el que el ensanchamiento no se realiza en toda la longitud del agujero, sino de forma parcial. Así, se hacen cajas alrededor del taladro con la finalidad de albergar la cabeza de un perno, vástago, etc.

Avellanado: consiste en hacer cajas cónicas en vez de cilíndrica (que son resultan del barrenado y del penetrado), que sirve para alojar tornillos o roblones de cabeza cónica en el interior del material, de manera que no se vean.

Recortado: se realiza utilizando una herramienta con un brazo radial, que lleva un cuchilla cuya posición puede ajustarse a los largo del brazo. De esta forma se obtienen agujeros de diferentes diámetros.

Troceado: las taladradoras se pueden emplear para cortar un material utilizando taladros secantes. Para ello se marcan los puntos de corte y, sobre ellos, se taladran agujeros de menor diámetro de la distancia entre los centros.

3.3. Limadora

Las limadoras son unas máquinas-herramientas que se emplean para el desbaste y acabado de superficies planas.

Se utilizan para planear superficies de pequeñas dimensiones; también para el rasurado de ejes, estampa, etc.

La limadora consta de las siguientes partes:

Bancada: es la pieza más robusta de la máquina y la todos los mecanismos de accionamientos. En ellas existen unas guías horizontales para que se deslice el carnero, y otras verticales, sobre las que se pueden desplazar la mesa.

Carnero: es la parte móvil de la máquina y se desliza sobre las guías horizontales situadas en la bancada. En él se encuentra el portaherramientas, donde se fija la herramienta de corte.

Mesa: Sirve para soportar la pieza. Puede moverse verticalmente para la colocación de la pieza de forma óptima y realiza un movimiento de avance.

Movimiento de corte: debido al desplazamiento longitudinal de la herramienta

Movimiento de avance: causado por el desplazamiento transversal de la pieza.

Movimiento de penetración o profundidad de pasada: originado por el desplazamiento vertical de la herramienta.

3.3.1. Velocidad de corte, fuerza de corte y potencia absorbida por la limadora.

La velocidad del carnero no permanece constante, de modo que el cálculo de las velocidades de corte puede resultar muy complejo. La velocidad es máxima en el centro y decrece hacia los extremos.

3.4. Fresadora

La fresadora es una máquina que, por medio de una herramienta denominado fresa que se mueve con el movimiento de rotación, mecaniza superficies de piezas que se desplaza bajo la herramienta con movimiento rectilíneo.

Existen dos tipos de fresado:

Cilíndrico: el eje de la fresa se dispone paralelamente a la superficie que se desea mecanizar. La fresa es de forma cilíndrica y la viruta que se obtiene tiene forma de cuña curvada.

Frontal: el eje de la fresa es perpendicular a la superficie que se quiere mecanizar. De esta manera el corte resulta más uniforme y el acabado es más liso.

Las partes principales de una fresadora son:

Base: es la placa que sirve de apoyo a la máquina.

Cuerpo: Constituye la bancada de la máquina. Contiene las guías y los mecanismos de accionamiento.

Mesa: en ella se apoya la pieza objeto de fresado.

Eje de trabajo: sirve de portafresas, y recibe el movimiento de rotación del mecanismo de accionamiento del cuerpo de la fresadora.

3.4.1. Tipos de fresas

Fresa de disco: tiene forma de disco con dientes en la periferia y en las superficies laterales. Se usa para el fresado en tallas y ranuras.

Fresacilíndrica: en realidad es análoga a la de disco, pero tiene un gran espesor

Fresa cilíndrica Frontal: tiene dientes en la periferia y en una de las caras.

Fresas de espiga: tiene forma cilíndrica y es estrecha. Se utiliza para el fresado de cajas profundas.

3.5. Brochadora

La brochadora es una máquina que, mediante una herramienta en forma de barra dentada denominada brocha, mecaniza superficies paralelas a su generatriz en una sola pasada de movimiento rectilíneo.

Movimiento de la brochadora son:

Movimientos de corte: por desplazamiento rectilíneo de la herramienta.

Movimiento de penetración o profundidad de pasada: que se produce de manera automática y progresiva a medida que avanza la brocha.

4. Mecanizado con Abrasivo

Los productos abrasivos son sustancias muy duras que, en forma de granos sueltos o aglomerados por medio de cemento natural o con un aglomerante artificial, se emplean para pulir o mecanizar piezas, arrancándoles virutas de espesor muy pequeño.

4.1. Tipos de Abrasivos.

Los abrasivos pueden ser naturales (se utilizan tal y como se encuentran en la naturaleza) o artificiales (se producen sintéticamente).

Los abrasivos naturales más empleados son:

Cuarzo: es sílice. Su dureza es de 7 en la escala de Mohs.

Esmeril: está formado por un 50% o 65% de alúmina, que es el material cortante, y por una serie de impurezas de hierro. Presenta un dureza de 7,6 en la escala de Mohs.

Corindón: está compuesto por un 70% a 75% de alúmina, con la que resulta mejor abrasivo que el esmeril. Su dureza en la escala de Mohs es de 9.

Diamante: Es carbono puro cristalizado. Presenta la dureza máxima 10 en la escala de Mohs y es el mejor abrasivo.

Abrasivos artificiales.

Corindón artificial: también conocido como alundo. Se obtiene de la bauxita, que presenta un alto porcentaje de alúmina.

Corindón blanco: se obtiene por fusión de la alúmina pura. Por consiguiente presenta mayor dureza que el corindón artificial.

Carborundo: es el nombre comercial del carburo de silicio. Se considera un abrasivo artificial de gran dureza.

4.2. Aplicaciones de los abrasivos

Las aplicaciones fundamentales son tres:

Chorros de arena: sirven para la limpieza y preparación de piezas metálicas. Se lleva echando un chorro de arena a presión sobre la superficie de la pieza.

Muelas: son herramientas de corte que están formadas por materiales abrasivos, cuyos granos constituyen el filo de la herramienta. Cuando se hace girar la muela a gran velocidad, se pueden afilar con ellas herramienta o desbastar piezas en trabajos que no requieren una precisión demasiado elevada.

Lijas: son hojas de papel o de tela sobre las que se adhieren abrasivos en polvo.

4.3. Máquinas para la mecanización con abrasivos

Existen máquinas capaces de realizar los más diversos trabajos, utilizando abrasivos.

Algunas de ellas son:

Esmeriladoras: son las más sencillas, pues se componen solamente de las muelas y el motor que las acciona.

Afiladoras de herramientas: el afilado frecuente de una herramienta tiene por objeto eliminar los desgastes que en ella se originan por el uso, y que producen un acabado sucio.

Rectificadoras: se emplean para rectificar, a las medidas exactas, piezas que ya ha sido mecanizadas por otra máquina-herramienta.

5. Mecanizado por Electroerosión.

Se emplea para la realización de huecos en placas de acero o de materiales más duros. Su principio de funcionamiento consiste en proyectar un haz estrecho de energía eléctrica, en forma de chispa, sobre la zona de metal que se desea cortar.

Este tipo de mecanizado se realizada de unas máquinas llamadas electroerosionadoras.

6. Unidades autónomas de mecanizado.

Las unidades autónomas de mecanizado son conjuntos mecánicos que, por sí mismo o con la intervención de otros conjuntos similares, realizan operaciones de mecanizado en un tiempo preestablecido sin necesidad de intervención de ningún operario.

6.1. Máquinas transfert

Las máquinas transferí son máquinas o combinaciones de ellas que efectúan, de forma automática, operaciones diferentes de mecanizado de pieza y el traslado de éstas de una fase operativa a la siguiente.

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