Procesos de manufactura II

Cuestionario

Lalo landa

Profesor. Ing. xxxxxxxxxxx

Universida de michigan

Departamento de ingeniería

Ingeniería Mecánica

1. ¿Qué motivos pueden existir para que la operación de mecanizado sea más costosa que otros procesos de fabricación?

Desprendimiento de material: en el proceso de maquinado, la viruta que se genera es material de desecho, que en muchos casos no se recicla.

Los tiempos de producción son elevados: en una operación de mecanizado generalmente lleva más tiempo para dar forma a una pieza determinada que en los procesos de conformado.

Se requiere una mayor energía de proceso: se gasta más energía en el mecanizado que otros procesos alternos de conformado.

2. La realización de operaciones de desbaste y acabado incrementa el tiempo de las operaciones de mecanizado ¿por qué crees que se deben realizar varias operaciones sobre la misma pieza? ¿qué requisitos se le piden a las operaciones de desbaste? ¿y las de acabado?

Se deben realizar varias operaciones para así gradualmente acercarse a la forma final requerida (pases de semi acabado), de esta forma no se corre le riesgo de dañar las dimensiones de la pieza.

Cortes para desgaste primario: se usan para remover grandes cantidades de material de la pieza, a fin de producir una forma muy cercana a la requerida. Estas operaciones se realizan a alta velocidad y ha espesores entre 0.1mm – 0.5mm. Se utilizan piezas robustas

Cortes de acabado. Se usan para completar la pieza y alcanzar las dimensiones finales, tolerancias y el acabado de superficie. Estas operaciones se realizan a baja velocidad, se utilizan herramientas de menor tamaño. En operaciones de acabado se ubica entre 0,05mm-0.1mm.

3. ¿Cuántos grados de libertad debería permitir la maquina en la que se realizan las operaciones de torneado? Representar esquemáticamente la máquina y los movimientos que debe tener.

En el torno para realizar las operaciones de mecanizado debe permitir 3 grados de libertad, 2 grados de la herramienta que permitan el avance y la profundidad, y un grado de libertad en la pieza la cual es la revolución de la misma.

4. En una operación de cilindrado, dibuja una herramienta (Hta A) con un ángulo de posición de filo principal de 950 y un ángulo de posición de filo secundario de 450. Dibuja al lado otra herramienta (Hta B) de ángulo de posición de filo principal de 450 y un ángulo de posición de filo secundario de 150. ¿Qué ventajas y desventajas tiene la herramienta A respecto de la B?

La herramienta A tiene la ventaja respecto a la herramienta B en que el ángulo de filo principal es mayor lo cual permite que la viruta se evacue de forma más rápita evitando acumulación de la misma, la desventaja es que como el ángulo es mayor la punta de la herramienta A se tiende a será más frágil que la de la herramienta B.

5. ¿Qué ventaja tiene utilizar herramientas ángulos de desprendimiento negativos, frente a herramientas de ángulo de desprendimiento positivo?

Ángulo de Salida g [°]

Es el ángulo formado por la cara de desprendimiento de la herramienta y la dirección perpendicular a la superficie mecanizada. El ángulo de desprendimiento toma valores entre -5° y 30° según el material. Valores positivos de este ángulo de incidencia, obligan a emplear herramientas menos robustas (menor ángulo de filo), que presentan mayor facilidad de rotura y menores posibilidades de evacuación de calor. Por el contrario, el empleo de ángulos de desprendimiento negativos, incrementa el rozamiento viruta herramienta y produce u incremento del consumo de potencia al requerirse una mayor energía de deformación de la viruta que en el caso de g positivo. No obstante, suele emplearse este tipo de geometría cuando se requiere una herramienta con mayor ángulo de filo.

11. A pesar de que el proceso de fresado sea muy versátil, piensa en geometrías de piezas que sean muy difíciles/imposibles de realizar mediante fresado.

12. ¿Cuál es el número máximo de ejes que suelen incorporar las fresadoras? .¿ Qué ventajas puede tener incorporarlos? ¿y qué desventajas?

Aunque lo más común es disponer en una fresadora 3 grados de libertad, el número máximo de ejes que puede tener incorporado la fresadora es 5, estas además del movimiento relativo entre pieza y herramienta en tres ejes, se puede controlar o bien el giro de la pieza sobre dos ejes, uno perpendicular al eje de la herramienta y otro paralelo a ella (como con un mecanismo divisor y un plato giratorio en una fresadora vertical); o bien el giro de la pieza sobre un eje horizontal y la inclinación de la herramienta alrededor de un eje perpendicular al anterior.

Las ventajas que trae la incorporación de estos cinco ejes son:

Buena precisión y acabado superficial comparado con fundición/forja. Flexibilidad: desde piezas unitarias hasta largas series. Diferentes materiales (limitación en materiales muy duros). Facilitan la realización de formas geométricas complejas, Gracias a los movimientos de rotación tanto en pieza como herramienta se pueden

obtener velocidades de trabajo muy altas Posibilidad de variar la dirección del movimiento de avance. Posibilidad de cambiar la geometría de la fresa El desgaste en los dientes de la fresa es menor (a bajas velocidades) comparado con el

torneado debido a que cada diente actúa cada cierto periodo de tiempo (1 vuelta).

La desventaja del proceso de corte de fresado es que debido a la geometría de la herramienta se da un corte discontinuo en la pieza lo que provoca inconsistencia en la zona de trabajo aumentando notablemente el consumo de potencia requerido por la máquina para remover el material, otra desventaja es la económica debido a que las maquinas que manejan esta cantidad de grados de libertad son las CNC, aumentando el gasto en mantenimiento del equipo (proceso caro) el fresado tiene limitaciones con respecto al algunos materiales muy difíciles de trabajar.

13. En las operaciones de torneado, la viruta puede enredarse entre la herramienta y la pieza lo que genera grandes problemas para poder retirarla de la zona de trabajo, sin embargo en fresad0 esto no es ningún problema. ¿Podrías explicar porque?

La fresa presenta una geometría que le permite retirar la viruta con los dientes a la hora de realizar el corte de material, en este caso cada diente de la fresa lleva dos funciones consigo, que son cortar y retirar la viruta.

14. Dibuja una secuencia de golpeo de varios filos sobre una pieza. ¿A partir de este dibujo podrías obtener una relación entre los parámetros de fresado y la rugosidad superficial resultante? ¿Qué parámetro es el más influyente?

Según el diagrama mostrado el parámetro más influyente en la rugosidad superficial resultante es la fuerza de corte que es la fuerza originada en el proceso de fresado.

• Esta fuerza al igual que en el caso de torneado, depende del material y de los parámetros de corte.

• La fuerza de corte en fresado es variable por dos motivos: Sc es variable y ps es función de ac que también es variable.

FC=PS*SC

Debido a que el proceso de fresado es discontinuo el área de la pieza donde se aplica la presión por parte de la fuerza de corte es cambiante, esto genera una serie de irregularidades mínimas en la superficie.

La fuerza de corte es un parámetro a tener en cuenta para evitar roturas y deformaciones en la herramienta o en la pieza y para poder calcular la potencia necesaria para efectuar un determinado mecanizado. Este parámetro está en función del avance de fresado, de la velocidad de corte, de la maquinabilidad del material, de la dureza del material, de las características de la herramienta y del espesor medio de la viruta.

15. Además de la fuerza de corte hay otras dos componentes: Radial y tangencial ¿Puedes explicar cómo influyen cada una de estas componentes en el proceso de fresado?

Como se aprecia en la ilustración la fuerza radial y la tangencias son las componentes rectangulares de la fuerza de corte, la componente radial surge de la aplicación de la fuerza de corte de forma radial a la superficie de contacto con la fresa.la componente tangencial surge como su nombre lo indica tangencialmente al plano de contacto .

16) El fresado horizontal es mucho más versátil, podemos utilizar el movimiento del eje de la herramienta para realizar diferentes cortes sobre las piezas que estamos trabajando, aunque la profundidad de dicho trabajo de corte está limitada por la distancia de la periferia de la

herramienta podemos evitat los efectos de las fuerzas perpendiculares en las que se encuentra sometida la fresa debido al trabajo de avance y la mesa de trabajo en el fresado vertical

18) La arista de filo transversal es la que está situada en la parte anterior de la broca entre los 2 filos y tiene velocidad 0 al momento del corte. Tiene una longitud de 0,15 y 0,25 veces el diámetro. El filo transversal aumenta con los sucesivos afilados de la broca. Gracias al crecimiento del núcleo. Es la encarga de iniciar el proceso de taladrado sobre la pieza, también permite una fijación correcta sobre la pieza y evitar deslizamiento sobre esta.

19) Aunque son herramientas diseñadas con diferentes propósitos, podemos usar tanto del torno, como la fresadora para taladrar, obviamente conociendo de ante mano las capacidades y limitaciones de cada una de las herramientas que vamos a utilizar y las características del trabajo que queremos realiza ej; diámetro del agujero, material sobre el que queremos realizar la operación, tamaño de la pieza etc.

20) La perforación en materiales de gran dureza puede provocar el calentamiento de la broca. Esto hace que el filo se desgaste más deprisa y que aumente la probabilidad de rotura. Para prolongar la vida útil de la broca, es importante que durante todo el proceso de perforación se aporte el refrigerante adecuado. Los orificios en las puntas de las brocas se utilizan para aportar dicho refrigerante y como removedor de virutas lo cual evita quel canal de perforación se tapone y la broca se bloquee en el taladro y pueda romperse.

21. ¿sería posible realizar un taladrado con una fresa?, ¿cómo se realizaría y que ventajas y desventajas se obtendrían?

Si es posible realizar una operación de taladrado con una fresa, fa forma de hacerlo es con una fresa especial diseñada para desprender material con la cara perpendicular a su eje longitudinal.

Este tipo de fresa tiene como ventaja la capacidad de hacer agujeros de diámetros mucho mayores a los que realizan las brocas comerciales, como desventaja principal tenemos que este tipo de herramienta se ve limitada por la profundidad de la perforación (en comparación con una broca), este tipo de fresa se consigue comercialmente en diámetros que van desde 12mm a 50mm y profundidades entre 30mm y 50mm

22. además de la broca cañón, existen otra serie de soluciones para realizar operaciones de taladrado profundo ¿podrías investigar que sistemas/máquinas de taladrado profundo se pueden encontrar en el mercado para la realización de agujeros a gran profundidad y con diámetros superiores a 15 mm de diámetro?

Un agujero se considera profundo si su profundidad es superior a diez veces su diámetro y por ello requiere tecnología especializada. Algunos agujeros pueden alcanzar una profundidad de 300 veces su diámetro. En algunas piezas también es necesario mecanizar características en el interior de los agujeros. Para ello se requieren mecanismos de desplazamiento de la herramienta diseñados especialmente, configuraciones de herramienta y filo que permitan abrir y acabar cámaras, ranuras, roscas y cavidades. Existen herramientas diseñadas para llevar a cabo estas tareas, entre las cuales de destacan herramientas como la CoroDrill 800.24 y la T-Max 424.10.

La CoroDrill 800.24 es un cabezal portaplaquitas que brinda la oportunidad de combinar una gran velocidad de penetración y la capacidad de llevar a cabo perforaciones de hasta 65 mm de diámetro y una profundidad de hasta 150 veces el diámetro del agujero.

Por otra parte la T-Max 424.10, que también es un cabezal portaplaquitas, brinda la oportunidad de realizar perforaciones con diámetros de hasta 150 mm de diámetro y profundidades de 150 veces el diámetro de la perforación e incluso es capaz de dar acabado a las paredes internas del agujero.

Otra característica de estas herramientas es la capacidad de ser colocadas en la punta de un eje transmisor de potencia lo cual permite lograr grandes profundidades de perforación, además están dotadas de agujeros internos para la evacuación de la viruta desprendida.

Estas herramientas presentan una forma fácil para realizar perforaciones de grandes diámetros y profundidades.

23. ¿en qué operación crees que la herramienta de corte debe soportar mayores temperaturas, en fresado o torneado? Razona la respuesta.

Para poder comparar las temperaturas de trabajo en ambos procesos se deben analizar la herramienta de corte de cada uno, en este caso una fresa y un buril, bajo ciertas condiciones, dichas condiciones deben ser iguales para ambas herramientas. Entre estas condiciones tenemos: la velocidad del corte, velocidad de avance y la profundidad entre otros parámetros.

Bajo estas condiciones anteriormente expuestas se puede deducir que la herramienta expuesta a mayores temperaturas en el buril (torneado) debido a que su forma trabajo.

El buril trabaja bajo el principio de corte ininterrumpido, en el cual el flanco de corte de la herramienta esta siempre en contacto con la pieza. Por otra parte la fresa posee múltiples flancos de corte por lo opera bajo el principio de corte interrumpido, a diferencia del buril, la fresa es la que gira lo que indica que solo una de las caras de corte es la que está en contacto con la pieza durante un corto tiempo, por lo anterior se deduce que el calentamiento en la fresa es mucho menor ya que la herramienta deja de tocar la pieza por pequeños lapsos de tiempo.

24. explica por qué el acero al carbono no se utiliza como herramienta de corte.

Son aceros que cuentan con una concentración de carbono entre 0.5% y 1.5%, el principal inconveniente de este tipo de materiales es que comienzan a perder dureza a una temperatura promedio de 250º C, por lo anterior no se recomiendan para trabajar a alta velocidad y ya que uno de los requisitos de una herramienta de corte es que mantenga su dureza en caliente se han visto remplazados por herramientas fabricadas en aceros con elementos de aleación

25. ¿está de acuerdo con la siguiente afirmación?: “reducir la velocidad de corte siempre mejora a vida de la herramienta porque así lo predice la ecuación de Taylor”

La ecuación de Taylor es un modelo que relaciona directamente la vida de la herramienta y la velocidad de corte.

Analizando dicha ecuación podemos llegar a una forma de esta en la que podemos dejar la vida de la herramienta en función de la velocidad de corte.

vTn=c→T= C

v1n

V=velocidad de corte

T= tiempo de vida de la herramienta

C, n = son parámetros que dependen del material

El tipo de herramienta, etc

Como pude observarse en la gráfica T vs V, la reducción de la vida de la herramienta disminuye considerablemente con un aumento en la velocidad del trabajo.

26. El desgaste del flanco se controla mediante el parámetro Vd. Suponiendo que la herramienta de corte continua mecanizando a pesar del desgaste ¿Cómo influiría sobre el

mecanizado de una pieza el desgaste excesivo de la herramienta?¿ sería necesario controlarlo?

En caso de que la herramienta pierda filo durante un trabajo de mecanizado tiene como primera consecuencia la necesidad de mayor potencia en la máquina para realizar la operación, pero cuando el desgaste de la herramienta es excesivo no solo se necesita mucha más potencia en la maquina sino que también se corren riesgos que comprometen la integridad de la pieza mecanizada, trabajar con una herramienta excesivamente desgastada produce mucha más temperatura que el mecanizado con una herramienta en buen estado y dependiendo del material mecanizado este aumento anormal de temperatura durante el proceso puede afectar las propiedades de la pieza, por otro lado una herramienta desgastada puede generar defectos superficiales en la pieza cosa que afecta directamente la calidad del producto, por lo que si es necesario monitorear y controlar el buen estado del flanco de corte en la herramienta.

27. en caso de que durante el mecanizado de una pieza, se observe ruptura de la herramienta. ¿Qué parámetro de mecanizado se podrían modificar? ¿Cómo afectaría la productividad?

Como es de suponerse debido a la alta dureza de las herramientas de corte estas no son tenaces (frágiles), según lo anterior si combinamos una gran velocidad de corte y una gran profundidad de penetración, la gran cantidad de material despendido podría generar grandes fuerza de corte en el filo de la herramienta, lo que produciría elevados momentos flectores sobre la misma, los cuales no está de capacidad de soportar produciendo la fractura. Para evitar este inconveniente podría pensarse en reducir la velocidad del corte o la profundidad de penetración, cualquiera de estas modificaciones en los parámetros de mecanizado traerán como consecuencia un aumento en el los tiempos de producción debido a que la tasa de desprendimiento de material será menor.