Cartilla 3

CARTILLA – SEMANA 3 SEMANA 3

Cálculos de procesos por desprendimiento de material

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TITULO: Cálculos de procesos por desprendimiento de material

Información general El proceso de corte en metales involucra el desprendimiento del material mediante las operaciones de mecanizado. Estos procesos se llevan a cabo en máquinas y con herramientas convencionales, sin embargo, ahora se ocupan equipos de alto rendimiento como las máquinas CNC. Estas últimas requieren de herramientas novedosas e innovación en materiales para su fabricación. INSTRUCCIONES

Estructura de la cartilla

La cartilla tiene como fin, comprender los procedimientos para realizar los cálculos relacionados con los procesos de corte. Para su comprensión, la cartilla se encuentra estructurada de la siguiente forma:

Información general. En esta parte encontrará una breve introducción a la temática contemplada en la cartilla

Términos relacionados. En esta sección se definen las variables involucradas en el cálculo de los procesos de corte.

Cálculos. Aquí encontrará tres casos de cálculo, resuelto paso a paso, con el fin de comprender el procedimiento a seguir.

Ejercicios para practicar. En esta sección, se plantean ejercicios similares, para que el estudiante practique por su cuenta.

1. TÉMINOS RELACIONADOS PROFUNDIDAD DE CORTE: Está determinada por la diferencia entre

la dimensión inicial y la final del material a cortar. Su unidad de medida es el milímetro.

LA VELOCIDAD DE CORTE: es el parámetro que relaciona la velocidad de desplazamiento de la herramienta sobre la pieza y el movimiento de la pieza, se determina como el volumen de material removido en metros lineales por unidad de tiempo !! =

!∗!∗!!"""

, dónde N, es la velocidad del husillo principal de

la máquina y D corresponde al diámetro del material o de la herramienta, sea el que ejecute el movimiento de giro.

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LA VELOCIDAD DE AVANCE: consiste en la velocidad de desplazamiento del material o de la herramienta, este puede darse en milímetros por giro de la herramienta o de la pieza o en milímetros en unidad de tiempo, si está dado en mm/rev (f), debe ser convertido a mm/min (Va), por tanto, debe multiplicarse por el valor de N !! = ! ∗ !

Y si el avance se da en mm/diente, corresponde al avance f por cada corte de la herramienta (esto aplica para herramientas de cortes múltiples) en este caso se debe multiplicar, adicionalmente, por el número de cortes de la herramienta Zn !! = !! ∗ ! ∗ !

EL TIEMPO DE TRABAJO: es la suma del tiempo teórico y los tiempos muertos (tiempos de montaje, preparación de la máquina, etc.)

Se determina, normalmente el tiempo teórico como la relación entre la longitud total recorrida por la herramienta en el proceso L y la velocidad de avance Va ! = !

!! el tiempo se mide en segundos, minutos, horas.

La longitud de recorrido de la herramienta se determina como la sumatoria de todos los movimientos ejecutados por la herramienta, desde el punto de aproximación al material, hasta terminar la operación y depende del proceso y la máquina involucrados en el proceso de corte.

2. CÁLCULOS

2.1. FRESADO

Supongamos el siguiente caso:

Se requiere realizar, sobre una placa de bronce latón, una ranura de 30mm de ancho, 20mm de profundidad y 200mm de longitud, si se emplea una fresa tipo escariador de 6mm de diámetro a un avance de 150mm/min y una velocidad de corte de 60m/min, ¿cuál es el tiempo requerido para la elaboración de la ranura?

Paso 1. Determinamos los datos suministrados

Vc=60m/min

Va=150mm/min

Profundidad de la ranura= 20mm

Longitud de la ranura=200mm

Ancho de la ranura= 30mm

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Diámetro de la herramienta= 6mm

Paso 2. Se determinan los valores que se requieren conocer para el proceso

T=?

Paso 3. Se calcula en número de revoluciones a las que gira el husillo

! =!! ∗ 1000! ∗ ! → ! =

60!/!"# ∗ 1000! ∗ 6!! = 3184.71!!"

Paso 4. La longitud que recorre la herramienta.

Para esto se debe calcular el número de recorridos horizontales y verticales que debe realizar la herramienta

Recorridos verticales: como no se nos da un valor para la profundidad de corte, asumimos que corresponde a la máxima que puede realizar la herramienta, es decir, el valor del diámetro, así que tomaremos, como profundidad de corte 6mm, por tanto, el número de pasadas verticales a realizar, corresponde a la profundidad total, dividida en la profundidad de corte

!ú!"#$ !" !"#"$"# !"#$%&'(") =20!!6!! = 3.33

Así que aproximamos al próximo entero superior, teniendo un total de 4 pasadas verticales.

Para las pasadas horizontales tenemos en cuenta el ancho de la ranura y el diámetro de la herramienta, teniendo la precaución de no usar el total del diámetro, debido a que no nos quedaría bien acabada la superficie, se aconseja superponer el 25% del diámetro de la herramienta, sin embargo, solo la superpondremos 2mm, suficiente para garantizar el acabado.

!ú!"#$ !" !"#"$"# ℎ!"#$!%&'()* = 30!!4!! = 7.5

Al igual que para las pasadas verticales aproximamos al siguiente entero así que tendremos un total de 8 pasadas horizontales-

Calculemos la longitud de una pasada

!1 = 8 ∗ 200!! + 30!! = 1630!!

Como son cuatro pasadas verticales, al resultado de una pasada, lo multiplicamos por 4 y le sumamos la profundidad de la ranura

! = !1 ∗ 4 + 20!! = 1630!! ∗ 4 + 20 = 6540!!

Paso 5. Se calcula la velocidad de avance para el proceso

Va=150mm/min este valor ya nos lo dieron, por tanto no hay que calcularlo.

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Paso 6. El tiempo teórico requerido para el proceso

! =!!!→ ! =

6540!!150!!/!"# = 46,3!"#

2.2. TALADRADO


Se requiere elaborar un proceso de taladrado en el que se realizarán 5 perforaciones de 20mm de profundidad separadas a 100mm, en forma lineal, si el diámetro de la broca es de 10mm, el avance es de 0.3mm/rev y la velocidad de corte para el material es de 40m/min

Calcule el tiempo teórico para la realización del proceso.


Vc=40m/min

f=0.3mm/rev

Profundidad de los agujeros 20mm

Separación entre agujeros 100mm


T=?


! =!! ∗ 1000! ∗ ! → ! =

40!/!"# ∗ 1000! ∗ 10!! = 1273.88!"#


Para el caso del taladrado, la herramienta perfora hasta la profundidad indicada y se regresa al punto de partida, para pasar a la siguiente perforación.

Así tendremos que:

Una perforación sería 20mm profundizando y 20 regresando, pero como no puede estar en contacto físico sumaremos 5mm de aproximación, así que cada perforación, tiene un recorrido de 50mm por cinco perforaciones serán 250mm, para pasar a la segunda perforación debe recorrer 100mm y así hasta llegar a la quinta perforación, lo que nos agrega 400mm, entonces:

! = 250!! + 400!! = 650!!

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La velocidad de avance para el proceso esa dada en mm/rev f=0.3mm/rev, lo que nos impide el cálculo del tiempo, por tanto, la convertiremos a mm/min

!" = ! ∗ ! → !" = 1273.88!"# ∗ 0.3!!/!"# = 382.16!!/!"#


! =!!!→ ! =

650!!382.16!!/!"# = 1,7!"#

2.3. TORNEADO


Se desea reducir el diámetro de un eje de 60mm a 50mm, en una longitud de 1200mm, si el avance es de 120mm/min, la profundidad de corte permitida para el proceso 2mm y la velocidad de corte del material es de 35m/min.

¿Cuál es el tiempo teórico empleado para la realización de un lote de 500 piezas?


Vc=35m/min

Va=120mm/min

Longitud a cortar =1200mm

Diámetro inicial de la pieza =60mm

Diámetro final de la pieza =50mm

Profundidad de corte Pc= 2mm


T500=?


! =!! ∗ 1000! ∗ ! → ! =

35!/!"# ∗ 1000! ∗ 60!! = 185.77!"#


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Para el caso de la longitud tenemos en cuenta que para un proceso de torneado, la herramienta solo corta en un sentido y que los valores de profundidad de corte y desplazamientos se dan al diámetro y no al radio.

Así tenemos que la profundidad total a cortar es la diferencia de los diámetros, es decir 10mm.

El número de pasadas que se deben realizar corresponden a la profundidad total dividida en la profundidad de corte asignada así:

!ú!"#$ !" !"#"$"# =10!!2!! = 5

Por cada pasada la herramienta recorre la longitud a cortar de ida y vuelta, por tanto ese recorrido por pasada es de 1200mm por dos y ese valor multiplicado por el número de pasadas y adicionalmente, se le suma la profundidad de corte, recorrido que también debe hacer la herramienta

Luego el valor de L será:

! = 1200!! ∗ 2 ∗ 5 + 10!! = 12010!!


Al igual que para el proceso de fresado ya tenemos el valor de la velocidad de avance en mm/min: Va=120mm/min


! =!!!→ ! =

12010!!120!!/!"# = 100,08!"#

Pero se nos solicita el tiempo teórico para manufacturar 500piezas, por tanto el tiempo de una pieza se multiplica por la cantidad de piezas así:

!!"! = 100,08!"# ∗ 500 = 50041.66!"#

Ejercicios para practicar.

1. Un torno se mandrina o alesa una pieza de un diámetro de 60mm hasta 80mm respectivamente, en una longitud de 500mm.

Para la operación de acabado: se requiere un avance de 0,06mm/rev y una profundidad de corte de 0,5 mm y establece una velocidad de corte máximo de 40 m/min

Para el desbaste: se utilizará un avance de 0,5mm/rev, disponiendo de la velocidad de corte máxima en 28 m/min, la pasada será de igual profundidad a la del acabado

Determinar:

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a. Número de pasadas para el proceso de desbaste. b. Tiempo teórico para el desbaste y tiempo teórico para el acabado c. Velocidad del husillo para el desbaste y velocidad del husillo para el

acabado. 2. En un proceso de taladrado se requiere realizar 6 taladros de 10mm de

diámetro y 200mm de profundidad que están distanciados, ente sí, a 150mm; si la velocidad de corte empleada es de 43m/min y el avance es de 0.12 mm/rev

a. ¿Cuál es el tiempo empleado en el proceso para un taladro? b. ¿Cuál es el tiempo empleado para los seis taladros?

3. Para el proceso de elaboración de una ranura de 200mm de ancho, por 20mm de profundidad y 1200mm de longitud, se emplea una fresa tipo escariador de cerámico con recubrimiento de Nitruro de Titanio con diámetro de 12mm; si el material tiene una velocidad de corte de 30m/min y un avance de 0.16mm/rev. Suponiendo que no se realiza proceso de acabado calcule:

a. La velocidad del husillo b. El tiempo de elaboración de la operación total

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