Manual de técnicas para la
conformación mecánica
Manual de técnicas para la conformación
mecánica
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ÍNDICE
BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.
1 INTRODUCCIÓN AL MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL. .... 15
1.1 Materiales mecanizables. ... 15
1.2 Maquinabilidad de los metales. ... 16
1.3 Tipos de mecanizados. ... 17
1.4 Procesos empleados en el mecanizado por arranque de material. ... 18
2 MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL: CON CONTACTO DIRECTO. ... 20
2.1 Herramientas de corte. Estudio del arranque de material. ... 20
2.1.1 Elementos principales de las herramientas de corte. ... 20
2.1.2 Geometría de la herramienta de corte. ... 20
2.1.3 Características de trabajo de las herramientas de corte. ... 21
2.1.4 Materiales para las herramientas de corte. ... 22
2.1.5 Ángulos de corte en las cuchillas... 28
2.1.6 Influencias de los ángulos de la cuchilla en el mecanizado. ... 30
2.1.7 Duración de la herramienta. ... 31
2.1.8 Desgaste y afilado de las herramientas de corte. ... 31
2.1.9 Criterios para determinar la vida de la herramienta. ... 33
2.1.10 Tratamientos térmicos para las herramientas de corte. ... 33
2.1.11 Recubrimiento de las herramientas de corte. ... 33
2.1.12 Geometría del rompevirutas. ... 39
2.1.13 Formación de la viruta. Clases de virutas. ... 39
2.1.14 Sistemas de sujeción de la plaquita... 41
2.2 Torno. ... 43
2.2.1 Tipos de tornos. ... 43
2.2.2 Componentes principales de un torno. Mecanismo del torno... 45
2.2.3 Herramientas y operaciones principales realizadas en un torno. ... 49
2.2.4 Características técnicas del torno. ... 52
2.2.5 Operaciones de revisión en el torno. ... 54
2.3 Fresadora. ... 61
2.3.1 Tipos de fresadoras. ... 63
2.3.2 Componentes y accesorios principales. ... 65
2.3.3 Herramientas y operaciones realizadas en una fresadora. ... 72
2.3.4 Características técnicas de las fresadoras. ... 75
2.3.5 Operaciones de revisión en la fresadora. ... 76
2.3.6 Parámetros de corte en la fresadora. ... 77
2.4 Taladradora. ... 82
2.4.1 Tipos de taladradoras. ... 83
2.4.2 Componentes principales. Mecanismo de la taladradora. ... 85
2.4.3 Herramientas y operaciones realizadas en las taladradoras. ... 88
2.4.4 Características técnicas de las taladradoras. ... 90
2.4.5 Operaciones de revisión en las taladradoras ... 90
2.4.6 Parámetros de corte en la taladradora. ... 91
2.5 Mandrinadora. ... 95
2.5.1 Componentes y accesorios principales. ... 96
2.5.2 Herramientas y operaciones realizadas en una mandrinadora. ... 97
2.5.3 Características técnicas de la mandrinadora. ... 99
2.5.4 Operaciones de revisión en la mandrinadora. ... 100
2.5.5 Parámetros de corte en la mandrinadora. ... 100
2.6 Limadora. ... 103
2.6.1 Tipos de limadoras. ... 104
2.6.2 Componentes principales. Mecanismo en una limadora. ... 105
2.6.3 Herramientas y operaciones realizadas en una limadora. ... 107
2.6.4 Características técnicas de las limadoras. ... 108
2.6.5 Operaciones de revisión en la limadora. ... 109
2.6.6 Parámetros de corte en la limadora. ... 109
2.7 Cepilladora. ... 111
2.7.1 Tipos de cepilladoras. ... 112
2.7.2 Componentes principales de las cepilladoras. ... 113
2.7.3 Herramienta y operaciones principales. ... 114
2.7.4 Características principales de las cepilladoras. ... 115
2.7.6 Parámetros de corte en la cepilladora. ... 116
2.8 Brochadora. ... 117
2.8.1 Tipos de brochadoras. ... 118
2.8.2 Componentes principales. ... 119
2.8.3 Herramientas y operaciones principales. ... 119
2.8.4 Características de las brochadoras. ... 122
2.8.5 Parámetros de corte en las brochadoras. ... 123
2.9 Mecanizado por abrasivos. ... 124
2.9.1 Clases de abrasivos. ... 125
2.9.2 Aplicaciones de los abrasivos. ... 125
2.9.3 Máquinas para el mecanizado por abrasivos. ... 126
2.9.4 Operaciones principales realizadas por los abrasivos. ... 127
3 MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL: SIN CONTACTO DIRECTO. ... 129
3.1 Electroerosión. ... 129
3.1.1 Fundamento teórico: ... 129
3.1.2 Tipos de procesos en la electroerosión: ... 131
3.2 Proceso de electroerosión por penetración o Ram EDM ... 131
3.2.1 Electrodos en la electro-erosión por penetración. ... 132
3.2.2 Máquinas de electroerosión por penetración. ... 132
3.2.3 Ventajas e inconvenientes del proceso de EDM: ... 133
3.2.4 Aplicaciones del proceso de electro-erosión por penetración: ... 134
3.3 Proceso de electro-erosión por hilo o WEDM: ... 134
3.3.1 Hilo en la electro-erosión por hilo. ... 136
3.3.2 Máquinas de electroerosión por hilo. ... 137
3.3.3 Ventajas e inconvenientes del proceso de EDW. ... 138
3.3.4 Métodos de corte en el proceso de electroerosión por hilo. ... 139
3.3.5 Obtención de geométricas en el proceso de EDW. ... 139
3.3.6 Aplicación del proceso de electroerosión por hilo. ... 140
3.4 Conformado por ultrasonidos. ... 141
3.4.1 Clasificación de maquinas para el conformado por ultrasonidos. .. 141
3.4.2 Componentes principales del conformado por ultrasonidos. ... 142
3.4.4 Aplicaciones del conformado por ultrasonidos: ... 143
4 MECANIZADO ESPECIAL. ... 144
4.1 Mecanizado electrolítico. ... 144
4.1.1 Procedimiento de mecanizado electrolítico: ... 144
4.1.2 Aplicaciones del mecanizado electrolítico: ... 145
4.1.3 Ventajas e inconvenientes del mecanizado electrolítico: ... 145
5 NUEVAS TENDENCIAS EN EL MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA. ... 146
5.1 Equipos con cinemática avanzada. ... 146
5.2 Mecanizado de alta velocidad. MAV. ... 148
5.2.1 Herramientas de un MAV. ... 148
5.2.2 Aplicaciones. Ventajas e inconvenientes del MAV. ... 149
5.3 Mecanizado en seco. ... 150
5.4 Mecanizado de precisión y ultraprecisión. ... 151
BLOQUE II: CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. 1 INTRODUCCIÓN AL CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA. 152 1.1 Clasificación de los procesos de deformación plástica. ... 152
1.2 Efecto de la temperatura en el proceso de deformación plástica. ... 153
1.3 Características de las estructuras metalúrgicas en los procesos de conformación. ... 154
1.4 Tratamientos aplicados en los procesos de deformación plástica. ... 155
1.5 Comportamiento elástico-plástico de las piezas metálicas. ... 157
2 DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN FRIO. ... 160
2.1 Materiales utilizados en los procesos de deformación plástica. ... 160
2.2 Operaciones principales en la deformación plástica en frío. ... 161
2.3 Cizallado. ... 161
2.3.1 Descripción del proceso de cizallado. ... 161
2.3.2 Herramientas en el cizallado... 162
2.3.3 Consideraciones en el cizallado. ... 162
2.3.4 Parámetros de corte en el cizallado. ... 162
2.4.1 Descripción del proceso de doblado. ... 163
2.4.2 Herramienta en el doblado. ... 164
2.4.3 Parámetros de corte en el doblado. ... 165
2.5 Estampación en frío. ... 166
2.5.1 Descripción del proceso de estampación en frio. ... 166
2.5.2 Herramientas en la estampación en frío. ... 167
2.5.3 Parámetros de corte en la estampación en frío. ... 167
2.6 Embutición. ... 168
2.6.1 Descripción del proceso en la embutición. ... 168
2.6.2 Herramientas en la embutición. ... 169
2.6.3 Parámetros de corte en la embutición. ... 170
2.7 Troquelado o punzonado. ... 173
2.7.1 Descripción del proceso de troquelado o punzonado. ... 173
2.7.2 Herramientas en el troquelado o punzonado. ... 173
2.7.3 Parámetros de corte en el troquelado o punzonado. ... 174
2.8 Estirado y trefilado. ... 176
2.8.1 Descripción del proceso de estirado. ... 176
2.8.2 Máquinas para estirar. ... 177
2.8.3 Materiales para estirado. ... 177
2.8.4 Operaciones del estirado. ... 177
2.8.5 Trefilado. ... 178
2.8.6 Máquinas de trefilar. ... 179
2.8.7 Operaciones del trefilado. ... 179
2.9 Otras operaciones. ... 179
2.9.1 Estampado por impacto. ... 180
2.9.2 Conformación por explosión. ... 180
2.9.3 Entallado. ... 180
2.9.4 Conformado electrohidráulico. ... 180
2.9.5 Estampación con matriz flexible e hidroconformado. ... 181
3 DEFORMACIÓN PLÁSTICA EN CALIENTE. ... 182
3.1 Forja. ... 182
3.1.2 Descripción del proceso de forja... 183
3.1.3 Temperatura de forja. ... 184
3.1.4 Efectos que produce la forja. ... 185
3.1.5 Defectos de la forja. ... 186
3.1.6 Materiales forjables. ... 186
3.1.7 Máquinas utilizadas para la forja. ... 187
3.2 Estampación en caliente. ... 189
3.2.1 Máquinas utilizadas para la estampación en caliente. ... 189
3.2.2 Proyecto de estampa para estampación en caliente. ... 190
3.3 Extrusión. ... 191
3.3.1 Descripción del proceso de extrusión. ... 191
3.3.2 Máquinas para extrusión. ... 193
3.3.3 Metales y aleaciones extruidos. ... 193
3.3.4 Defectos de las extrusiones. ... 193
3.3.5 Aplicaciones de la extrusión en caliente. ... 194
3.4 Laminación. ... 194
3.4.1 Descripción del proceso de laminación. ... 195
3.4.2 Máquinas utilizadas en la laminación ... 195
3.4.3 Metales y aleaciones laminados. ... 196
3.4.4 Defectos en el laminado. ... 196
3.4.5 Operaciones de laminado de forma. ... 197
3.4.6 Aplicaciones del laminado. ... 199
BLOQUE III: CONFORMADO POR MOLDEO. 1 INTRODUCCIÓN AL MOLDEO. ... 200
1.1 Operaciones fundamentales del conformado por molde. ... 200
1.2 Diagrama de procesos en el conformado por moldeo. ... 201
1.3 Fundición. ... 203
1.4 Metales o aleaciones aptos para ser conformados por fundición. ... 203
1.5 Hornos para fundir metales. ... 204
1.6 Características tecnológicas de las piezas moldeadas. ... 206
1.7 Defectos en el proceso de moldeo. ... 206
2 MOLDES NO PERMANENTES. ... 210
2.1 Moldeo en arena. ... 210
2.2 Ventajas e inconvenientes del moldeo en arena. ... 210
2.3 Construcción de los modelos... 211
2.4 Materiales utilizados en la fabricación de modelos. ... 212
2.5 Arenas de moldeo. ... 212
2.6 Características de las arenas de moldeo. ... 213
2.7 Clasificación de las arenas de moldeo. ... 214
2.8 Aglutinante. ... 215 2.9 Métodos de moldeo. ... 216 2.10Fabricación de piezas. ... 216 2.11 Máquinas de moldear. ... 221 3 MOLDES PERMANENTES. ... 222 3.1 Moldeo en coquillas. ... 222
3.2 Núcleos de las coquillas. ... 222
3.3 Condiciones de trabajo de las coquillas. ... 223
3.4 Procesos de moldeo con moldes permanentes. ... 224
3.5 Moldeo mecánico en coquillas... 224
3.5.1 Moldeo en coquilla por gravedad. ... 224
3.5.2 Moldeo en coquilla con inversión del molde. ... 226
3.5.3 Moldeo en coquilla con presión. ... 226
3.6 Moldeo por centrifugado. ... 228
3.6.1 Colada centrifuga. ... 229
4 MOLDES ESPECIALES. ... 230
4.1 Moldeado en cáscara ... 230
4.1.1 Materiales empleados. ... 230
4.1.2 Proceso de ejecución del moldeo en cáscara. ... 230
4.1.3 Ventajas e inconvenientes del moldeo en cáscara. ... 232
4.2 Moldeo a la cera perdida. ... 233
4.2.1 Proceso de obtención de las piezas. ... 233
4.2.2 Ventajas e inconvenientes del moldeo a cera perdida. ... 235
4.3.1 Proceso de moldeo Mercast. ... 236
4.4 Moldeo en yeso. ... 236
4.4.1 Procedimiento del moldeo en yeso. ... 237
4.4.2 Ventajas e inconvenientes del moldeo en yeso. ... 237
4.5 Moldeo al CO2... 237
4.5.1 Ventajas e inconvenientes del moldeo en CO2... 238
5 METALURGIA DE POLVOS. PULVIMETALURGIA. ... 239
5.1 Proceso de la pulvimetalurgia... 239
5.1.1 Fabricación de los polvos metálicos. ... 239
5.1.2 Compactación. ... 239
5.1.3 Sinterización. ... 240
5.1.4 Acabado. ... 240
5.2 Características de la materia prima. ... 241
5.3 Ventajas e inconvenientes de la pulvimetalurgia. ... 241
5.4 Aplicaciones de la pulvimetalurgia. ... 242
BLOQUE IV: TÉCNICAS DE UNIÓN. 1 UNIÓN POR SOLDADURA. ... 244
1.1 Clasificación de los procesos de soldadura. ... 244
1.2 Soldadura blanda y fuerte. ... 246
1.3 Soldadura blanda. ... 246
1.3.1 Proceso de la soldadura blanda. ... 247
1.3.2 Aplicación de la soldadura blanda. ... 248
1.4 Soldadura fuerte. ... 248
1.4.1 Proceso de la soldadura fuerte. ... 249
1.4.2 Aplicaciones. ... 249
1.5 Cordón de soldadura. ... 250
1.5.1 Clasificación de los cordones de soldadura. ... 250
1.5.2 Recomendaciones para la ejecución de cordones. ... 252
1.6 Defectos en las soldaduras. ... 254
2 SOLDADURA POR REACCIONES QUÍMICA. ... 259
2.1 Soldadura con llama. ... 259
2.1.1 Ventajas e inconvenientes de la soldadura con llama. ... 259
2.1.2 Métodos de soldadura. ... 260
2.1.3 Zonas de la llama. ... 260
2.1.4 Aplicaciones de la soldadura por llama. ... 261
2.1.5 Equipo necesario en la soldadura con llama. ... 262
2.1.6 Metales de aportación. ... 265
2.1.7 Fundentes. ... 265
2.2 Soldadura por explosión. ... 266
2.2.1 Descripción del proceso. ... 266
2.2.2 Parámetros de control del proceso. ... 268
2.2.3 Aplicaciones del proceso. ... 268
2.3 Soldadura aluminotérmica. ... 269
3 SOLDADURA POR FUENTE ELÉCTRICA. SOLDADURA POR ARCO ELÉCTRICO. ... 271
3.1 Tipo de corriente. ... 271
3.2 Soldadura por arco eléctrico con electrodo de carbón. ... 272
3.3 Soldadura por arco sumergido ... 273
3.3.1 Materiales consumibles. ... 273
3.3.2 Aplicaciones. ... 274
3.4 Soldadura por electroescoria. ... 274
3.4.1 Materiales consumibles. ... 274
3.4.2 Aplicaciones. ... 275
3.5 Soldadura a tope por chispa. ... 275
3.5.1 Aplicaciones. ... 276
3.6 Soldadura por arco eléctrico con gas de protección. ... 276
3.6.1 Propiedades de los gases de protección y su influencia en la soldadura. ... 276
3.6.2 Gases de protección. ... 278
3.6.3 Ventajas soldadura por arco con protección gaseosa. ... 278
3.7 Soldadura con electrodo de tungsteno y atmósfera inerte. ... 279
3.7.2 Electrodos. ... 280
3.7.3 Metal de aportación. ... 281
3.7.4 Gas de protección. ... 281
3.7.5 Equipo necesario para la realización de la soldadura TIG. ... 282
3.7.6 Aplicaciones. ... 283
3.8 Soldadura por plasma. ... 284
3.8.1 Pistola de soldadura por plasma... 285
3.8.2 Aplicaciones ... 285
3.9 Soldadura con hidrógeno atómico. ... 285
3.9.1 Equipo necesario para realizar la soldadura. ... 286
3.9.2 Aplicaciones. ... 286
3.10 Soldadura con electrodo consumible y gas ... 286
3.10.1 Metal de aportación. ... 287
3.10.2 Gases de protección. ... 287
3.10.3 Equipo necesario. ... 288
3.10.4 Ventajas del proceso. ... 288
4 SOLDADURA ELÉCTRICA. OTROS MÉTODOS DE SOLDADURA. ... 289
4.1 Soldadura por haz de electrones ... 289
4.1.1 Parámetros de la soldadura por haz de electrones. ... 290
4.1.2 Soldadura con haz de electrones a presión atmosférica. ... 290
4.1.3 Ventajas y aplicaciones de la soldadura por haz de electrones. ... 290
4.2 Soldadura láser. ... 291
4.2.1 Ventajas de la soldadura láser... 292
4.2.2 Aplicaciones de la soldadura láser. ... 293
5 SOLDADURA ELÉCTRICA. SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA. ... 294
5.1 Etapas y variables del proceso de soldeo. ... 294
5.2 Variables del proceso de soldadura por resistencia eléctrica. ... 295
5.3 Ventajas de la soldadura por resistencia eléctrica. ... 296
5.4 Soldadura eléctrica por puntos. ... 296
5.4.1 Electrodos. ... 297
5.5 Soldadura eléctrica por costura. ... 298
5.5.1 Métodos de soldadura por costura. ... 299
5.5.2 Electrodos. ... 299
5.5.3 Aplicaciones ... 299
5.6 Soldadura eléctrica a tope. ... 299
5.6.1 Aplicaciones. ... 300
5.7 Soldadura de alta frecuencia. ... 300
5.7.1 Aplicaciones. ... 300
6 SOLDADURA POR ACCIÓN MECÁNICA. ... 301
6.1 Soldadura por forja. ... 301
6.2 Soldadura por presión. ... 301
6.3 Soldadura por fricción. ... 301
6.3.1 Ventajas de la soldadura por presión. ... 301
6.3.2 Aplicaciones de la soldadura por presión. ... 302
6.4 Soldadura por ultrasonidos. ... 303
6.4.1 Ventajas de la soldadura por ultrasonidos. ... 303
6.4.2 Aplicaciones de la soldadura por ultrasonidos. ... 303
7 TÉCNICAS DE UNIÓN MIXTAS. ... 304
7.1 Weldbonding. ... 304 7.1.1 Consumibles. ... 305 7.1.2 Aplicaciones. ... 306 7.2 Arco-Láser. ... 307 7.2.1 Aplicaciones. ... 307 7.3 MIG-Plasma. ... 307 7.3.1 Principio de funcionamiento. ... 308
7.3.2 Ventajas e inconvenientes del proceso. ... 308
7.3.3 Equipo. ... 308
7.3.4 Aplicaciones. ... 309
7.4 Unión mecánica + Adhesivo. ... 309
7.4.1 Consumibles. ... 310
BLOQUE V: TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y CORTE.
1 PROCESOS PRINCIPALES EN LAS TÉCNICAS DE SEPARACIÓN Y
CORTE. ... 312
1.1 Corte por láser. ... 312
1.1.1 Tipos de corte por láser. ... 312
1.1.2 Ventajas e inconvenientes del corte por laser. ... 313
1.1.3 Requerimientos de la instalación. ... 314
1.1.4 Aplicaciones del corte por laser. ... 315
1.2 Corte por plasma. ... 315
1.2.1 Clasificación de los proceso de corte por plasma. ... 315
1.2.2 Procedimiento para el corte por plasma. ... 317
1.2.3 Maquinas para el corte por plasma... 318
1.2.4 Ventajas del corte por plasma. ... 319
1.2.5 Aplicaciones del corte por plasma. ... 319
1.3 Corte por chorro de agua. ... 319
1.3.1 Tipos de bombas utilizadas en el corte por chorro de agua. ... 320
1.3.2 Procedimiento de corte por chorro de agua. ... 320
1.3.3 Maquinas para el mecanizado por chorro de agua. ... 320
1.3.4 Tipos de materiales que se pueden mecanizar con el mecanizado por chorro de agua. ... 321
1.3.5 Ventajas del mecanizado por chorro de agua. ... 322
1.3.6 Aplicaciones del mecanizado por chorro de agua. ... 322
1.4 Oxicorte. ... 322
1.4.1 Gases utilizados en el oxicorte. ... 323
1.4.2 Equipo para el oxicorte ... 324
1.4.3 Aplicaciones del oxicorte. ... 324
BLOQUE VI: METROLOGÍA Y NORMALIZACIÓN. 1 METROLOGÍA. ... 326
1.1 Tipos de Metrología. ... 326
1.2 Unidades del sistema internacional (SI) ... 327
1.3 Instrumentos de medición. ... 328
1.5 Instrumentos de medición. ... 329
1.5.1 Reglas graduadas. ... 330
1.5.2 Calibre pie de rey. ... 331
1.5.3 Micrómetro Plamer. ... 332
1.5.4 Máquinas de medir. ... 335
1.5.5 Reglas optoelectrónicas. ... 336
1.5.6 Medición laser. ... 336
1.6 Instrumentos de comparación. ... 337
1.6.1 Instrumentos de comparación por amplificación mecánica. ... 337
1.6.2 Instrumentos de comparación por amplificación neumática. ... 338
1.7 Instrumentos de verificación. ... 339
1.7.1 Instrumentos de verificación para dimensiones fijas. ... 340
1.7.2 Calibres fijos para roscas. ... 340
1.7.3 Calas patrón. ... 341
1.7.4 Metrología óptica. ... 341
1.8 Instrumento para el control de ángulos. ... 342
1.8.1 Control y medición de ángulos... 342
1.8.2 Verificadores de ángulos. ... 343 1.9 Control de superficies ... 345 1.9.1 Control de paralelismo. ... 345 2 TOLERANCIAS Y AJUSTES. ... 346 2.1 Tolerancias. ... 346 2.1.1 Posición de tolerancia. ... 347 2.1.2 Calidades IT. ... 348 2.1.3 Valores de tolerancia. ... 349
2.1.4 Representación de las cotas en los ejes y agujeros. ... 351
2.2 Sistemas de ajuste. ... 351
2.2.1 Sistema de agujero único o agujero base. ... 352
2.2.2 Sistema de eje único o eje base. ... 352
2.3 Ajuste móvil o con juego. ... 353
2.3.1 Ajuste fijo o con aprieto. ... 354
BLOQUE VII: AUTOMATIZACIÓN DE LOS PROCESOS DE FABRICACIÓN. 1 CONTROL NUMÉRICO (CN). ... 357 1.1 Programación en C.N. ... 357 1.1.1 Programación manual. ... 358 1.1.2 Programación automática. ... 362 1.2 Fases de la programación. ... 362
1.3 Ventajas del Control numérico... 363
2 MÁQUINAS DE CONTROL NUMÉRICO. ... 364
2.1 Componentes de una MHCN. ... 365
2.1.1 Componentes de la MH. ... 365
2.1.2 Dispositivo de control numérico. ... 368
BLOQUE I: MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL.
1
INTRODUCCIÓN AL MECANIZADO POR ARRANQUE DE
MATERIAL.
El mecanizado por arranque de virutas, se realiza partiendo de productos semielaborados a los que se le da la forma definitiva, quitando el material sobrante de acuerdo con el plano de la pieza que se desea obtener.
En la actualizad se tiende a producir piezas totalmente terminadas por moldeo o deformación en frio, puesto que el mecanizado por arranque de virutas es un proceso más costos. Sin embargo, es el único procedimiento de que se dispone para realizar piezas con gran precisión de medidas, por lo que se sigue utilizando mucho para dar a las piezas, conformadas por otros procedimientos, detalles y cotas exactas.
1.1 Materiales mecanizables.
De forma general, se puede resumir en tres grandes grupos los materiales mecanizables.
1. Metales: La mayoría de los metales y sus aleaciones pueden conformarse por arranque de material, sin embargo en algunas ocasiones es necesario aplicarle a estos un tratamiento térmico previo, debido a que no todos los materiales se dejan trabajar con igual facilidad, o sea que no tienen la misma maquinabilidad.
Generalmente los aceros son los materiales que más se conforman por mecanizado y a su vez los que presentan mayor complejidad al aplicárselo. Grupos de metales mecanizables.
• Aceros al carbono.
• Aceros aleados.
• Aceros inoxidables.
• Fundición.
• Aleaciones termo resistente y de alta resistencia.
• Aceros aleados de alta resistencia.
• Metales refractarios aleados. (Columbium, Tantalio, Molibdeno y Wolframio).
• Aceros de alta resistencia en base cobalto o níquel.
• Aleaciones de Titanio.
• Aleaciones de aluminio, cobre, níquel, magnesio, uranio, cinc.
• Composites (requiere herramientas especiales). 2. Plásticos y compuestos plásticos.
3. Cerámicos, a los que preferiblemente se les aplica el mecanizado abrasivo
1.2 Maquinabilidad de los metales.
La maquinabilidad no responde a una e individual característica sino a un conjunto de características distintas, cada una de las cuales puede variar independientemente de las demás.
Esto comporta serias dificultades para dar una definición de maquinabilidad y además para preparar los medios y procedimientos adecuados para permitir una precisa y válida medida de esta propiedad. Se le podría definir como la aptitud de metales aleaciones, para ser conformados por mecanización en máquinas-herramientas o sea por arranque de material.
En condiciones normalizadas, se mide por medio de ensayos, valorándolos según alguna de las siguientes características:
• Duración del afilado de la herramienta.
• Velocidad de corte que debe aplicarse para una duración del afilado de la herramienta.
• Fuerza de corte de la herramienta.
• Trabajo de corte.
• Temperatura de corte.
• Producción de viruta.
La maquinabilidad no depende solamente de las características intrínsecas del material, ya que las condiciones de corte y las características de la herramienta, pueden determinar notables y profundas variaciones en la máquina. Además del topo de herramienta, sobre la maquinabilidad influyen los siguientes factores:
1. Composición química del material: Los elementos que más influencia ejercen sobre la maquinabilidad de los aceros son el carbono, el manganeso, el azufre, fósforo y plomo, el resto de los elementos hasta una proporción superior al 0,5% no afectan a ésta.
• El carbono gasta un 0,3% aumenta la maquinabilidad.
• El manganeso hasta un 0,05% al combinarse con el azufre, disminuye la plasticidad de la ferrita con lo cual mejora la maquinabilidad, pero al superar el 1% lo reduce rápidamente y hace imposible mecanizarlos al superar el 10%
• El azufre en proporciones superiores al 0,2% e inferiores al 0,4% mejora mucho la maquinabilidad, ya que los sulfuros de hierro y los silicosulfuros al quedar en las juntas de grano debilitan la cohesión de los mismos.
• El fósforo en proporciones de hasta un 0,12% también aumenta la maquinabilidad.
• El plomo es insoluble en los aceros, quedando emulsionado en los mismos, formando pequeñas bolas que lubrican el corte. Se emplea en proporciones del 0,25%.
2. Construcción de los materiales: la estructura que más favorece la maquinabilidad de los aceros con un contenido de carbono inferior al 0,3% es la perlita laminar, si el contenido en carbono es del 0,3 al 0,45% sería la formada por perlita laminar mezclada con cementita globular. Siendo esta última la idónea en porcentajes superiores de carbono.
3. Inclusiones contenidas: dependiendo de la naturaleza de las inclusiones los aceros que las contengan serán más o menos maquinables. Las inclusiones de silicatos y alúminas la disminuyen y los sulfuros en general, simples o complejos la mejoran.
4. Dureza: si el material es demasiado blando la viruta se desprende con dificultad, y se poseen una dureza superior a 50 HRc (HRc: Dureza
Rockwell C). la maquinabilidad va reduciéndose hasta llegar a ser
imposible mecanizar aceros con durezas superiores a 70 HRc.
5. Acritud; como la acritud va en relación directa con la dureza, a mayor acritud mayor dureza, luego cuanto mayor sea la relación entre el cociente del límite elástico y la resistencia mecánica, mayor será por tanto la maquinabilidad.
6. Tamaño de grano; se admite en general que el aumento del tamaño del grano mejora la maquinabilidad.
1.3 Tipos de mecanizados.
Según el acabado superficial con el que se ha de obtener la pieza terminada, se distinguen tres tipos de mecanizado:
1. Desbastado: El material eliminado es del orden de milímetros o décimas de milímetros, cuya finalidad es aproximar las dimensiones de la pieza a la medida final.
2. Acabado: Con el objetivo de obtener, no solo las medidas finales de la pieza, sino también poca rugosidad en la superficie, el material eliminado es del orden de centésimas de milímetro, utilizando cuchillas de corte que trabajaran con velocidades de avance bajas y velocidades de corte más altas que en el desbaste.
3. Súper acabado o rectificado: Con la finalidad de alcanzar medidas muy precisas y buen acabado superficial, el material rebajado es del orden de milésimas de milímetro y las velocidades de avance y de corte, con que se trabaja son muy altas, desprendiéndose partículas de material por abrasión.
1.4 Procesos empleados en el mecanizado por arranque de material.
Una de las clasificaciones que se puede emplear para distinguir los procesos empleados en la conformación por arranque de material; puede ser la correspondiente a la tabla 1.1:
Mecanizado con contacto directo
M-H1 con movimiento de corte circular
Torno Fresadora Taladradora Mandrinadora
M-H1 con movimiento de corte rectilíneo
Limadora Cepilladora Brochadora Mortajadora Mecanizado con abrasivos Mecanizado sin
Mecanizados
especiales Mecanizado electrolítico
Nuevas tendencias
Súper Abrasivos
Equipos con cinemática avanzada (HEXÁPODOS) Mecanizado de Alta Velocidad (M.A.V.)
Mecanizado en seco
Mecanizado de precisión y ultra-precisión. 1
M-H: Máquinas-herramientas.
2
MECANIZADO POR ARRANQUE DE MATERIAL: CON
CONTACTO DIRECTO.
2.1 Herramientas de corte. Estudio del arranque de material.
Por herramientas se entiende a aquel instrumento que por su forma especial y por su modo de empleo, modifica paulatinamente el aspecto de un cuerpo hasta conseguir el objeto deseado, empleando el mínimo de tiempo y gastando la mínima energía.
El material arrancado por medio de cuchillas se realiza en forma de tiras más o menos continuas denominadas virutas. La separación de una tira de viruta se denomina pasada, su anchura de corte, su espesor profundidad de corte y la dirección de ataque avance.
2.1.1 Elementos principales de las herramientas de corte. Las partes fundamentales de una cuchilla son:
• Filo: Es la arista cortante en posición de corte frontal de la cuchilla respecto a la pieza.
• Superficie de desprendimiento o ataque: Es la cara de la cuña sobre la que desliza el material desprendido cortado frontalmente.
• Superficie de incidencia: Es la cara de la cuña que queda frente a la superficie trabajada de la pieza en corte frontal.
• Corte principal: Es la arista de corte de la cuchilla en posición de corte lateral respecto a la pieza.
• Contrafilo: Denominado también corte secundario, es la otra arista de la cuchilla que forma la punta cortado lateralmente.
2.1.2 Geometría de la herramienta de corte.
Cuando hablamos de geometría de corte, nos referimos específicamente al perfil que la plaquita tiene si la observamos en un corte transversal.
Este labrado que encontramos en la parte superior, es quien provocará el correcto desprendimiento y rotura de la viruta, dependiendo sus formas del tipo de mecanizado al que está destinado el inserto.
En la siguiente figura (Figura 2.1) podemos ver las distintas formas que pueden tener las plaquitas.
Figura 2.1 Formas disponibles para las plaquitas.
El radio de la punta afecta al acabado superficial de la pieza. Para operaciones de acabado, se usan los valores menores, en cuanto para desbaste y desbaste pesado se emplean los valores de radio altos.
Un radio de corte más grande ofrece un filo fuerte, resistente a avances importantes, en tanto que con un valor bajo consigo realizar cortes más finos.
2.1.3 Características de trabajo de las herramientas de corte. Las características principales son:
• Arrancar la mayor cantidad de material en el menor tiempo.
• Dejar perfectamente acabada la superficie y con la mayor precisión de medidas.
• Mecanizar cualquier clase de material por duro que sea.
• Terminar el trabajo con el menor número de afilados posibles.
• Realizar las operaciones al menor costo.
• Químicamente inerte con la pieza.
• Químicamente inerte estable ante la oxidación. Estas características deben satisfacer las siguientes funciones:
• Garantizar la obtención de medidas precisas y superficies bien acabadas.
• Ofrecer máximo rendimiento con el mínimo desgaste.
• Capaz de absorber elevadas temperaturas.
En conseguir estos objetivos depende en gran parte del material de que se constituyen las herramientas, las cuales se seleccionan en función del tipo de herramienta y máquina a utilizar, clase de trabajo y material a mecanizar.
2.1.4 Materiales para las herramientas de corte.
La elección del material es uno de los problemas más delicados ya que los factores que intervienen son tanto de índole técnica como económica. Como el tipo de material está estrechamente ligado a la velocidad de corte a adoptar y ésta a su vez depende de la temperatura a la que se someterá a la herramienta, ello determina una correspondencia entre materiales y tiempo de mecanizado.
Por otra parte, los materiales para herramientas que permiten velocidades mayores y, por tanto, tiempos menores tiene un coste superior.
Los requisitos a considerar para las herramientas de corte son las siguientes:
• Dureza a elevada temperatura: Un material para cortar a otro debe ser más duro que éste. En los metales y aleaciones la dureza se reduce mucho, así como la resistencia al elevarse la temperatura. Este fenómeno provoca una considerable limitación en las prestaciones de los materiales para herramientas.
• Resistencia al desgaste: La duración de la herramienta está ligada a la marcha del desgaste que modifica, de hecho, la geometría y las prestaciones hasta el punto de provocar su rotura.
• Resistencia: Debe alcanzar valores tales que impidan la rotura del filo por fragilidad, lo cual puede suceder especialmente en el corte ininterrumpido.
• Coeficiente de rozamiento: Es un requisito importante en un material de herramienta debiendo ser lo más reducido posible.
• Propiedades térmicas. La conductividad tiene importancia a la hora de establecer rápidamente el equilibrio térmico entre los puntos de mayor calentamiento y las restantes partes de la herramienta, así como también son de importancia el calor específico y el coeficiente de dilatación.
Los materiales utilizados en la fabricación de cuchillas para el mecanizado por arranque de viruta mediante cuchillas, son los siguientes:
1. Aceros al carbono: Poseen un contenido de carbono de 0,9 al 1,4 %. Si están correctamente tratadas estas herramientas poseen gran dureza, buena tenacidad y resistencia al desgaste, pero no pueden emplearse cuando trabajen a temperaturas superiores a 250 º C. Se emplean en los casos siguientes:
• En pequeñas series o en trabajos aislados.
• En operaciones de acabado a pequeña velocidad o trabajos muy delicados.
• Cuando se exige de las herramientas ángulos muy limpios.
2. Aceros aleados: Además del carbono contienen cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. En su mayoría se ablandan y desafilan a temperaturas superiores a los 250 º C. Existen tres tipos principales:
• Indeformables; se emplean para la conformación de piezas de precisión. Se deforman menos que los aceros al carbono y poseen una resistencia al desgaste 6 veces mayor.
• Al wolframio; se emplean para fabricación de brocas.
• Semirápidos; las herramientas que contienen un 9 a 11 % de wolframio y 3,5 a 4,5 de cromo se emplean en la fabricación de cuchillas con rendimiento y velocidad de corte muy poco inferiores a las de los aceros rápidos.
3. Aceros rápidos: Trabajan a temperaturas hasta de 600 º C manteniendo su dureza y filo inicial, lo cual permite disponer de velocidades de trabajo mayores que las de los demás aceros.
4. Estelitas: Son aleaciones cromo-cobalto-wolframio con un tanto por ciento inferior de otros elementos como hierro, carbono, silicio y manganeso. Se fabrican por fusión a temperaturas superiores a 1300 º C ya que no pueden mecanizarse nada más que por muelas. Son insensibles a los tratamientos térmicos. Permiten trabajar los metales con velocidades superiores a la de los aceros rápidos ya que soportan temperaturas de hasta 700 º C sin perder el filo. Tienen el inconveniente de ser más frágiles que estos últimos.
5. Carburos metálicos: Los carburos metálicos sinterizados están compuestos por carburos de wolframio y un metal auxiliar generalmente cobalto que sirve de liante o aglomerante. Hay otros tipos que además de carburo de wolframio contienen otros carburos de titanio, etc. y el metal auxiliar. Sus características son:
• Elevadísima dureza, que mantiene hasta temperaturas de 600 º C.
• Alta resistencia a la compresión.
• Excelente resistencia al desgaste y a la corrosión.
• Escasa resistencia al choque.
• Conductividad térmica igual y tal vez superior a la de los aceros. 6. Diamantes policristalinos: Se emplean para mecanizar ebonita (resina
plástica), determinados bronces, aleaciones de aluminio, etc. generalmente para operaciones de acabado en la que se pueden obtener tolerancias de 2 micras con superficies mejor acabadas que con las
rectificadoras. Tienen el inconveniente de la fragilidad del diamante, de ahí que su empleo quede limitado a pasadas continuas y en máquinas carentes de vibraciones. Los diamantes en forma de pastilla se montan en mangos de acero y con el fin de disminuir riesgos de rotura al ser altamente frágiles no acaban en punta viva sino redondeada.
7. Materiales cerámicos: Bajo la denominación de materiales cerámicos o cerámicas de corte, se pueden considerar:
• Cermets: Son materiales sinterizados constituidos por un componente no metálico (óxidos, silicatos, carburos de silicio y de cromo) y por componentes metálicos de elevado punto de fusión. Los cermets que tienen mejores características de aplicación a las herramientas se obtienen por la sinterización de óxidos de aluminio, junto con carburos de molibdeno o vanadio.
• Óxidos sinterizados: El más apropiado para la fabricación de herramientas es el óxido de aluminio, alúminas sinterizadas casi puras, o también, un óxido de alúminas casi puras. A este se añaden otras sustancias como óxido de cromo, de hierro o de titanio. La característica de estos óxidos sinterizados más destacable son:
- Conductividad térmica muy baja, que tienen valores muy bajos parecidos a los de los aislantes térmicos.
- Coeficiente de rozamiento menor que los carburos sinterizados.
- Tienen el inconveniente de su excesiva fragilidad. Se presentan en forma de plaquitas que se emplean soldadas a sus mangos con resinas epoxi o bien sujetas por medios mecánicos. Se emplean en el torneado de fundiciones y aceros. También para mecanizar el cobre, sus aleaciones y metales ligeros
8. Nitruro de boro cúbico: Producido bajo la acción de elevadas temperaturas y presiones en presencia de un catalizador. La plaquita está constituida por un soporte de carburo con una fina capa de nitruro de boro cúbico. La dureza de este material es superada sólo por el diamante. Es frágil pero poco reactivo con la pieza. Su elevada estabilidad térmica le permite trabajar durante largos periodos de tiempo a temperaturas de 1000 a 1100 º C.
La simbología para cada plaquita o herramienta de corte en función del tipo de material que estén fabricadas, serán las correspondientes a la tabla 2.1.
Materiales Símbolos Metales duros recubiertos HC Metales duros H Cermets HT, HC Cerámicos CA, CN, CC
Nitruro de boro cúbico BN
Diamantes
policristalinos DP, HC
Tabla 2.1 Simbología para las plaquitas en función del tipo de material.
Como hay tanta variedad en las formas geométricas, tamaños y ángulos de corte, existen una codificación normalizada compuesta de cuatro letras y seis números donde cada una de estas letras y números donde cada una de esas letras y números indica una característica determinada del tipo de plaquita correspondiente.
Primera letra Forma geométrica
C Rómbica 80º D Rómbica 55º L Rectangular R Redonda S Cuadrada T Triangular V Rómbica 35º W Hexagonal 80º
Segunda letra Angulo de incidencia A 3º B 5º C 7º D 15º E 20º F 25º G 30º N 0º P 11º
Tabla 2.3 Simbología correspondiente a la forma geométrica.
Tercera letra Tolerancia dimensional
J Menor K L M N U Mayor
Cuarta letra Tipo de sujeción A Agujero sin avellanar
G Agujero con rompevirutas en dos caras M Agujero con rompevirutas en una cara N Sin agujero ni rompevirutas
W Agujero avellanado en una cara
T Agujero avellanado y rompevirutas en una cara N Sin agujero y con rompevirutas en una cara
X No estándar
Tabla 2.5 Simbología correspondiente al tipo de sujeción.
La parte numérica de dicha designación tiene la siguiente estructura:
• Las dos primeras cifras indican en milímetros la longitud de la arista de corte de la plaquita.
• Las dos siguientes indican en milímetros el espesor de la plaquita.
• Las dos últimas indican en décimas de milímetro el radio de punta de la plaquita.
A este código general el fabricante de la plaqueta puede añadir dos letras para indicar la calidad de la plaqueta o el uso recomendado.
Un ejemplo de designación completa de una plaquita sería la siguiente:
C N M G 09 03 08 - HT Tabla 2.2 Tabla 2.3 Tabla 2.4 Tabla 2.5 Long. corte Espesor plaquita Radio punta Tabla 2.1
2.1.5 Ángulos de corte en las cuchillas.
Los ángulos de corte están representados en la figura 2.1. El ángulo de ataque es el que forma la herramienta con la normal a la superficie de la pieza.
ᵹ : ángulo de desprendimiento.
α: ángulo de incidencia.
β: ángulo de filo.
α+β: ángulo de corte.
Figura 2.2 Ángulos de corte en las cuchillas
El ángulo de desprendimiento puede ser positivo o negativo, según la cuchilla esté inclinada a la derecha o a la izquierda de la normal. El ángulo de ataque es determinante de la clase de viruta; oscila entre 0° y 45°, dependiendo de la dureza y tenacidad del metal.
El ángulo que forma la herramienta con la superficie de la pieza se llama ángulo de incidencia. Este ángulo tiene como misión disminuir el rozamiento entre la herramienta y el material; su valor oscila entre 4° y 10°, dependiendo del material de la herramienta y de la dureza del metal que se trabaja.
Al ángulo correspondiente a la cuña que forman las caras de la herramienta se le llama ángulo de filo. Según sea el valor de este ángulo, así será la penetración. La suma de los tres ángulos es de 90°. El ángulo de fi lo depende de los otros dos. No debe ser demasiado pequeño, pues puede romperse la herramienta. Ha de oscilar entre 50° y 60°.
A la suma de los ángulos alfa y beta se le denomina ángulo de corte.
Para muchos materiales estos valores están tabulados. En la siguiente tabla (tabla
2.6) se presentan algunos valores de herramientas de acero rápido y de metal
Material a mecanizar
Material de la herramienta
Acero Rápido Metal duro
Incidencia Desprendimiento Incidencia Desprendimiento Acero al carbono R= 50 Kg/mm 2 6º 25º *** *** Acero al carbono R= 60 Kg/mm 2 6º 20º 5º 12º Acero al carbono R= 70 Kg/mm 2 6º 15º 5º 10º Acero al carbono R= 80 Kg/mm 2 6º 10º 5º 10º Fundición gris 140 HB 8º 15º 7º 10º Fundición gris 180 HB 6º 10º 6º 8º
Bronce duro, Latón agrio
8º 5º 7º 10º
Aluminio, Cobre 10º 30º 8º 15º
Latón en barra 8º 20 7º 10º
Tabla 2.6 Ángulos para las herramientas de acero rápido y de metal duro en función del material a mecanizar
2.1.6 Influencias de los ángulos de la cuchilla en el mecanizado.
La variación de los ángulos que forman entre sí los planos principales del extremo afilado de la cuchilla elemental influye mucho en el desarrollo del trabajo de ésta. Los ángulos que más influyen son el ángulo de incidencia y el ángulo de desprendimiento.
• Influencia del ángulo de incidencia: Si es demasiado pequeño, la cuchilla no penetra bien y roza excesivamente con la pieza, lo que conlleva un aumento de temperatura y por tanto la cuchilla se desafila antes. Igualmente si éste es demasiado grande resulta un filo frágil, ya que no está suficientemente apoyado para resistir las fuerzas de corte. Cuanto más duro es el material a mecanizar, menor debe ser el ángulo de incidencia, para que así pueda resistir mejor la fuerza de corte.
• Influencia del ángulo de desprendimiento: En primer lugar influye, en el ángulo de doblado de la viruta, que es complementario. Si es demasiado pequeño la energía consumida es excesiva, calentándose la herramienta más de lo normal. En cambio si es más grande, y el filo queda muy debilitado, la viruta se separa mejor, obteniéndose un mejor acabado superficial. Con el fin de evitar la rotura del filo en las herramientas frágiles, como pueden ser los carburos metálicos, se ensayaron ángulos de desprendimientos negativos, hasta conseguir que las fuerzas actuasen solamente a compresión sobre la herramienta. Factores que influyen en el ángulo de desprendimiento. Este ángulo depende de los siguientes factores:
- Resistencia del material herramienta. - Material a mecanizar.
- Avance.
Cada factor influirá de una manera distinta a cada característica, como son:
Influencia del material mecanizado. Cuanto más duro sea éste, mayores serán las fuerzas de corte y, por tanto, tendrá que ser mayor la sección de la herramienta capaz de resistir estos esfuerzos, lo que se conseguirá disminuyendo el ángulo de desprendimiento. Existen dos excepciones y es cuando el material a mecanizar es bronce o bien fundición de hierro, con todas sus variedades, el acero inoxidable, los aceros rápidos recocidos y algunos otros tipos de aceros muy resistentes. En los primeros, es decir, en la mecanización de bronces el ángulo de desprendimiento es casi nulo y en los segundos también es más pequeño de lo normal.
Influencia del avance. Al cortar la cuchilla lateralmente a la pieza y cuando tiene el filo inclinado, el espesor de la viruta depende del avance por vuelta. Por lo tanto, cuanto mayor sea el avance, menor ha de ser el ángulo de desprendimiento, con el fin de ofrecer mayor resistencia las fuerzas de corte que se originan.
2.1.7 Duración de la herramienta.
La duración de la herramienta entre dos afilados consecutivos puede valorarse según los siguientes criterios:
• Tiempo efectivo o total de mecanizado.
• Volumen de material arrancado.
• Número de piezas mecanizadas.
• Velocidad de corte equivalente, es decir, la velocidad de corte a la que la herramienta tendría una duración preestablecida, expresada en tiempo efectivo.
• Velocidad de corte relativa, es decir, la velocidad a la cual la herramienta presenta la misma duración tanto para el material que se ensaya como para un material de referencia a igualdad de las restantes condiciones de corte.
2.1.8 Desgaste y afilado de las herramientas de corte.
Como resultado del rozamiento de la viruta con la cara de desprendimiento de la cuchilla y de las caras de incidencia de la misma con la superficie de la pieza a trabajar, se desgasta la parte de trabajo de la cuchilla.
Para el afilado de las cuchillas se usa la máquina afiladora-rectificadora. Para garantizar una posición estable de la cuchilla que se afila, en la máquina se encuentra un dispositivo especial llamado apoya manos Al afilar la cuchilla es necesario presionar ligeramente la superficie que se afila contra la muela en rotación y, para que el desgaste de esta última sea más uniforme y la superficie que se afila resulte plana, la cuchilla se debe desplazar continuamente a lo largo de la superficie de trabajo de la muela.
Se afilan primeramente las caras principales y auxiliares de incidencia, a continuación la cara de desprendimiento y el vértice de la cuchilla.
Después del afilado se efectúa el afinado de la cuchilla, consistente en el esmerilado de las caras de desprendimiento a incidencia en una parte estrecha a lo largo del borde cortante, lo que garantiza la rectificación del filo y la elevación de
la durabilidad de la cuchilla. El acabado de afinado se efectúa en las muelas de acabado de diamantes.
La geometría de la cuchilla después del afilado se comprueba con plantillas especiales, transportadores de ángulos y otros instrumentos.
El afilado de las cuchillas lo tienen que realizar solamente aquellos obreros que conozcan las instrucciones sobre la técnica de seguridad Para trabajar con la máquina afiladora hay que observar los siguientes requisitos de seguridad:
• Antes de comenzar el afilado de la herramienta hay que asegurarse del buen estado de lodos los mecanismos y dispositivos de la máquina, incluso de la cubierta protectora de la muela y el sentido correcto de rotación de la misma (la muela debe girar hacia la cuchilla);
• Comprobar la colocación correcta del apoya manos: la holgura entre la cara de trabajo de la muela y el extremo del apoya manos no debe exceder de 3 mm.
• Se permite una nueva colocación del apoya manos solamente después de que la muela esté parada por completo; se prohíbe trabajar en una máquina de afilar sin apoya manos ni cubierta protectora;
• Durante el afilado se debe cerrar la zona del afilado instalando una pantalla protectora transparente o ponerse gafas protectoras.
Es imprescindible observar las siguientes reglas para el use de las cuchillas:
• Antes de conectar el avance, es necesario apartar la cuchilla de la pieza, lo qua protege el borde de corte contra el desmenuzamiento;
• Se recomienda afilar periódicamente la cuchilla con una barra abrasiva de grano fino directamente en el portacuchillas, lo qua alarga la duración de servicio de la cuchilla;
• Se prohíbe dejar qua el borde de incidencia de la cuchilla se desgaste considerablemente, es necesario re afilar esta última antes de qua comience a destruirse el borde de corte, o sea, con una anchura de la partes desgastada de la cara de incidencia principal de la cuchilla 1,5 mm;
• Se prohíbe emplear las cuchillas como guarniciones,
• La cuchilla de aleación dura se debe entregar al almacén, cuando la plaquita de aleación dura se ha separado del mango.
• Se prohíbe colocar las cuchillas sin orden (en montón) en la caja para las herramientas.
2.1.9 Criterios para determinar la vida de la herramienta.
La duración económica de la herramienta puede ser definida con ayuda de los siguientes criterios:
• Destrucción total del filo, con esta condición la herramienta no puede trabajar más sin afilado. Este criterio es aplicable a herramientas de aceros rápidos y máquinas no automáticas.
• Dimensiones preestablecidas de la franja de desgaste y del cráter. Al aumentar la anchura de la franja de desgaste, aparecen modificaciones en las dimensiones de las piezas, esto es muy importante en las máquinas automáticas.
• Acabado superficial de la pieza, las variaciones de calidad de la pieza en su superficie, indican un deterioro de la herramienta. La aparición de este criterio no es fácil, ya que el acabado superficial de la pieza no varía uniformemente con el desgaste de la herramienta.
• Variaciones de las fuerzas de corte, ya que éstas varían a causa del desgaste.
2.1.10 Tratamientos térmicos para las herramientas de corte.
Las herramientas de acero se templan siempre y revienen para darles la dureza y tenacidad adecuadas. Algunas veces las herramientas de aceros rápidos una vez templadas y revenidas, se someten a tratamientos superficiales como son la nitruración sulfinización para darles mayor dureza y resistencia al desgaste.
Existe otro tratamiento superficial, el cromado duro el cual aumenta la resistencia al desgaste y disminuye el coeficiente de rozamiento. Pero se utiliza más para la restauración de herramientas desgastadas.
2.1.11 Recubrimiento de las herramientas de corte.
Hay dos factores que deben ser considerados en la evaluación de recubrimientos de insertos: los materiales usados y el proceso mediante el cual son aplicados. Ambos influyen en el rendimiento del sistema del inserto. El mismo recubrimiento actúa como interfaz entre la pieza de trabajo y la herramienta de corte. Según la aplicación, los recubrimientos pueden proporcionar resistencia al desgaste, a la abrasión, a la formación de cráteres, a la acumulación de adherencias en el filo, a la resistencia química, o una simple reducción de la fricción que disminuye las temperaturas de corte.
Las características principales de los recubrimientos se resumen en los siguientes puntos:
• Aumentan la dureza en los filos de corte de la herramienta.
• Facilitan la disipación del calor acumulado en el filo de corte.
• Baja conductividad térmica que favorece la eliminación del calor a través de la viruta.
• Aumentan la resistencia a la abrasión, disminuyen la afinidad herramienta-pieza.
• El grosor del recubrimiento varía entre 0.002 mm y 0.01 mm.
• Los recubrimientos se aplican mediante deposición química de vapor o deposición física de Vapor.
Los recubrimientos más usuales son:
1. Recubrimientos de TiAlN: Son los que más se utilizan actualmente, y poco a poco van dejando atrás los demás. Los recubrimientos TiAlN multicapa están remplazando los de TiCN, y los monocapa a los de TiN. TiAlN (multicapa y monocapa) son recubrimientos extraduros (PVD) basados en nitruro de titanio aluminio que destacan por su dureza, estabilidad térmica y resistencia a ataques químicos. Protegen las aristas de corte por abrasión y adhesión así como por carga térmica.
- Multicapa: combina la elevada tenacidad de la estructura multicapa, con su alta dureza HV (Dureza Vickers) 3.000 y la buena estabilidad térmica, 800º C, y química de la capa TiAlN. Así protege las herramientas de corte de acero rápido y metal duro contra el desgaste prematuro producido por tensiones severas. Debido a su estabilidad térmica, permite trabajar en mecanizados a altas velocidades e incluso en seco o con mínima cantidad de lubricante.
- Monocapa: desarrollado para su aplicación en fresas de metal duro utilizadas en condiciones de mecanizado severas. Su elevada dureza, HV 3.500, y notable estabilidad térmica, 800º C, y química hacen que sea óptimo para las fresas que se utilizan en el mecanizado de materiales térmicamente tratados empleados, como por ejemplo en moldes, punzones, matrices y utillajes de forja.
2. Recubrimiento de diamante: Se utiliza en herramientas para mecanizar materiales muy abrasivos como el grafito. Durante el mecanizado de estos materiales las herramientas se desgastan rápidamente y la calidad de las superficies mecanizadas y la precisión dimensional son pobres.
Con las herramientas recubiertas de diamante, un recubrimiento cuya dureza es superior a los 8.000 Vickers, además de obtener una vida útil más larga y poder aumentar las velocidades de corte.
3. Recubrimiento WC/C: Realizado por deposición física al vapor a temperaturas alrededor de los 200º C. Al realizarse el proceso de recubrimiento en alto vacío, las propiedades del recubrimiento son sustancialmente mejores que las logradas a presión atmosférica (proyección térmica), o en gases y baños (nitruración, galvanizado). Los recubrimientos tienen un espesor de capa de solo unas micras de espesor y son la última operación dentro de los componentes de precisión. Este recubrimiento presenta una combinación única de características: bajo coeficiente de fricción, alta resistencia al desgaste, una excelente capacidad de carga.
4. Recubrimientos de TiAlN monocapa combinado con WC/C: Este recubrimiento hace frente a todos aquellos mecanismos de desgaste que se dan en la formación y evacuación de viruta. Este recubrimiento combina la alta dureza y estabilidad térmica del recubrimiento TiAlN con las buenas propiedades de deslizamiento y lubricación del recubrimiento WC/C. Se utiliza sobre todo en taladrados y roscados.
En la siguiente tabla se representan los datos característicos de cada tipo de recubrimiento citado anteriormente.
Recubrimiento TiN TiCN WC/C
TiAIN (monocapa) +WC/C) TiAIN (multicapa) TiAIN (monocapa) Microdureza 2300 3000 1000 1000-2600 3000 3500 µacero 0.4 0.4 0.2 0.2 0.4 0.4 Tmax trabajo 600 ºC 400 ºC 300 ºC 1000 ºC 800 ºC 800 ºC
Color oro
Azul-gris Gris claro Gris oscuro Violeta-gris Purpura-gris Espesor recubrimiento 1-4 µm 1-4 µm 1-4 µm 2-6 µm 1-5 µm 1-3 µm
Tabla 2.7 Características principales de los recubrimientos para las herramientas de corte, en el mecanizado por arranque de material. (µacero: coeficiente de rozamiento contra el acero) Existen cuatro tecnologías principales utilizadas en la industria actual de las herramientas de corte. Se diferencian primordialmente por la temperatura a la cual operan. Esto es importante porque la temperatura del recubrimiento influye directamente en el desempeño de las propiedades del sustrato. La tecnología de
recubrimiento más común es la deposición química por vapor, o CVD, que opera a una temperatura de aproximadamente 1000° C. Casi ta n común como la anterior es la deposición física por vapor, o PVD, que opera en el otro extremo del espectro de temperatura, en el rango de los 400° C.
Entre estos extremos, están los otros dos procesos emergentes de recubrimiento, que prometen aumentar el desempeño de los sistemas de insertos. La deposición química por vapor asistida por plasma, o PCVD, bien aceptada en Europa, y ahora explorada en Estados Unidos. El PCVD opera en el rango de los 600° C. Finalmente, se encuentra la de posición química media por vapor, o MTCVD, que es una tecnología emergente; trabaja en el rango de los 800° C.
Los recubrimientos extraduros surgen y evolucionan debido a la necesidad constante de aumentar la vida productiva de las herramientas, disminuyendo los tiempos de producción, costos y paros por mantenimiento.
El compuesto que alcanzó mayor expansión y popularidad fue el de TiN (nitruro de titanio). Su color dorado abrió grandes expectativas en cuanto a su uso, ya que el atractivo color se sumó a la elevada dureza superficial.
Actualmente los tratamientos superficiales buscan la optimización, en especial en la creciente aplicación de los recubrimientos PVD, siendo ahora no solo dorados y ofreciendo una amplia gama de materiales base.
1. Proceso PVD: Este es un proceso por arco eléctrico y/o pulverización catódica. El medio de evaporación durante la etapa de recubrimiento es siempre físico. Por ello la denominación genérica de: proceso de deposición física en fase vapor.
Las etapas del proceso son las siguientes: - Carga del reactor.
- Alto vacío (10-5 mbar mínimo).
- Calentamiento-desgasificación de las piezas. - Decapado iónico.
- Recubrimiento.
- Enfriamiento y descarga.
Esta técnica se confunde, en ocasiones, con tratamientos en baños químicos, electrolíticos o galvánicos realizados en instalaciones abiertas. Las instalaciones PVD son herméticas, recubren a presiones muy bajas (10-2-10-3 mbar) y las reacciones se consiguen ionizando los reactivos (estado plasmático).
La característica particular del recubrimiento PVD (Physical Vapour Deposition) es la alta estabilidad dimensional de las herramientas, dado que es posible una aplicación de capa por debajo de la temperatura de
revenido ya que las temperaturas a las que se realiza el recubrimiento se encuentran entre 200
Figura 2.
2. Proceso CVD: (Chemical Vapour Deposition
duras en fase gaseosa)
(precursor) gaseoso o fácilmente evaporable del metal a obtener en la capa. Los halogenuros y muy especialmente cloruros son los compuestos industriales más empleados (TiCI
reacciona a temperaturas cercanas a 1.000
estado gaseoso (hidrógeno) para obtener ione
obtenidos in situ reaccionan a su vez con gases reactivos como hidrógeno, metano o mezclas de ambos formando el compuesto deseado. Este compuesto condensa sobre la superficie del substrato difundiendo en él debido a la alta temperatu
Esta difusión crea una zona intermedia en la que no se aprecia donde acaba el recubrimiento y donde empieza el sustrato: la adherencia entre ambos está asegurada. Transcurrido el tiempo necesario para conseguir el espesor de capa deseada, las piezas se
temperatura de descarga. Posteriormente y en condiciones de vacío para evitar la oxidación de los compuestos formados, se procede al temple y revenido si el sustrato es de un acero.
Los compuestos más generalmente obtenidos TiCN y TiN, aunque también SiC, AI
deformación, las combinaciones de multicapas de los compuestos de titanio son las más utilizadas.
revenido ya que las temperaturas a las que se realiza el recubrimiento se encuentran entre 200-500º C.
Figura 2.3 Funcionamiento del proceso PVD.
Chemical Vapour Deposition) (Deposición de materias duras en fase gaseosa). Los recubrimientos CVD parten de un compuesto
(precursor) gaseoso o fácilmente evaporable del metal a obtener en la pa. Los halogenuros y muy especialmente cloruros son los compuestos industriales más empleados (TiCI4, AIC3, BCI4...). El compuesto gaseoso reacciona a temperaturas cercanas a 1.000 ºC con un reductor también en estado gaseoso (hidrógeno) para obtener iones metálicos. Los iones obtenidos in situ reaccionan a su vez con gases reactivos como hidrógeno, metano o mezclas de ambos formando el compuesto deseado. Este compuesto condensa sobre la superficie del substrato difundiendo en él debido a la alta temperatura.
Esta difusión crea una zona intermedia en la que no se aprecia donde acaba el recubrimiento y donde empieza el sustrato: la adherencia entre ambos está asegurada. Transcurrido el tiempo necesario para conseguir el espesor de capa deseada, las piezas se enfrían en el reactor hasta la temperatura de descarga. Posteriormente y en condiciones de vacío para evitar la oxidación de los compuestos formados, se procede al temple y revenido si el sustrato es de un acero.
Los compuestos más generalmente obtenidos por este método son TiC, TiCN y TiN, aunque también SiC, AI2O3, BC... En el campo de la deformación, las combinaciones de multicapas de los compuestos de titanio son las más utilizadas.
revenido ya que las temperaturas a las que se realiza el recubrimiento se
Deposición de materias
. Los recubrimientos CVD parten de un compuesto (precursor) gaseoso o fácilmente evaporable del metal a obtener en la pa. Los halogenuros y muy especialmente cloruros son los compuestos . El compuesto gaseoso ºC con un reductor también en s metálicos. Los iones obtenidos in situ reaccionan a su vez con gases reactivos como hidrógeno, metano o mezclas de ambos formando el compuesto deseado. Este compuesto condensa sobre la superficie del substrato difundiendo en él Esta difusión crea una zona intermedia en la que no se aprecia donde acaba el recubrimiento y donde empieza el sustrato: la adherencia entre ambos está asegurada. Transcurrido el tiempo necesario para conseguir el enfrían en el reactor hasta la temperatura de descarga. Posteriormente y en condiciones de vacío para evitar la oxidación de los compuestos formados, se procede al temple y por este método son TiC, , BC... En el campo de la deformación, las combinaciones de multicapas de los compuestos de
Este método se caracteriza por su Alta dureza, excelente resistencia a la adherencia, espesor de capa de aprox. 6-9 µm, revestimientos de contornos exactos, también en taladros, agujeros ciegos, etc.
Tiene gran gama de posibilidades de aplicación, especialmente en las herramientas de conformación sometidas a grandes esfuerzos se obtienen rendimientos muy buenos. Las características particulares de todas las capas y sistemas de capas aplicados mediante el método CVD es la excelente adherencia sobre el material base, que se atribuye a la alta temperatura de recubrimiento. Las capas se componen de distintos materiales cuya selección y, siendo necesario, su combinación se adaptan con respecto al caso de aplicación.
3. Recubrimiento MT-CVD: Generalmente, los materiales de las herramientas están sujetos a tensiones tanto internas como externas. En el caso de las plaquitas, las tensiones externas son las que se producen durante el uso como parte de la herramienta de corte. Los procesos de fabricación de las plaquitas también generan tensiones internas, principalmente de tracción y compresión. A la temperatura durante la aplicación, el recubrimiento y el sustrato están libres de tensiones.
Los cristales tienen una orientación controlada de tal manera que presentan una superficie más dura donde se concentra el desgaste abrasivo. En conclusión, la tensión se disipa al sustrato entre las líneas de los cristales. Si un choque térmico o mecánico crea micro grietas, se disiparán hacia abajo a lo largo de las líneas entre los cristales. Cuando lA fuerza residual llega al sustrato, se absorbe sin propagar grietas de mayor tamaño, dando tenacidad y resistencia a la plaquita.
Las multicapas contribuyen a minimizar los desajustes entre el recubrimiento y el sustrato, reduciendo las tensiones. Por ejemplo, el coeficiente de dilatación térmica determina la tensión entre capas por desajuste térmico entre el recubrimiento y el sustrato.
Los procesos MT-CVD se aplican a recubrimientos de TiCN o TiN. Tienden a presentar menos tensiones de tracción y combinan mejor las propiedades de tenacidad y resistencia al desgaste abrasivo, al desgaste químico y a las grietas térmicas, mejorando el rendimiento de la plaquita.
