Mecanizado por Arranque de Viruta

El mecanizado por arranque de viruta es un procedimiento apto para modificar formas, dimensiones y acabado superficial de las piezas, arrancando una capa que se transforma en viruta. Existen diferentes tipos de procesos: mecanizado, térmico y químico.

Elementos Básicos del Mecanizado

• Piezas: Provienen de fundición o estampación. Se debe considerar el material, características metalúrgicas (globales y locales), forma de partida y especificación de la pieza acabada.
• Herramientas: Se considera el material, la parte activa de corte, la construcción, el número y la manera de operar, y los tipos de filos de corte.
• Máquina-herramienta: Máquinas no portátiles que conforman los materiales por arranque de viruta, abrasión, choque o presión.
• Utillajes: Conjunto mecánico que cumple misiones de posicionamiento, fijación o función auxiliar en relación con la pieza o herramienta.
• Sistema de control:
  • Torneado: Para piezas cilíndricas, con movimiento rotativo y desplazamiento radial/longitudinal.
  • Fresado: Ofrece versatilidad, con la pieza fija y la herramienta girando y desplazándose en una o dos direcciones.
  • Taladrado: Para mecanizado de agujeros, es la operación más realizada. La pieza está fija y la herramienta gira y se desplaza longitudinalmente.

Tipos de Movimiento

• Corte (Mc): Eliminación de material para materializar la pieza o herramienta.
• Avance (Ma): Permite que en la zona de corte se tengan nuevas partes a mecanizar hasta completar la operación.
• Penetración (Mp): Asegura una interfaz entre pieza y herramienta para eliminar material y que la pieza tenga la dimensión final adecuada.

Limadora: Mc (rectilíneo realizado por la herramienta), Ma (rectilíneo realizado por la pieza), Mp (rectilíneo realizado por la herramienta). Depende de la Pasada (P, que depende del espesor arrancado en mm), Va (velocidad de avance), Vc (velocidad de corte) y Ve (velocidad efectiva de corte). Si el movimiento de avance es intermitente, la Va es muy pequeña respecto a Vc (Ve=Vc).

Torneado: Vc (velocidad periférica (m/min o m/s)), n (velocidad de revolución (rev/min)), a (avance por revolución (mm/rev)).

Estudio Geométrico de la Herramienta de Corte

Direcciones:

• Dirección de corte: Tangente a la superficie de la pieza.
• Dirección de penetración: Perpendicular a la superficie.
• Dirección de avance: Paralela a la superficie.

Ángulos:

• α (Ángulo de incidencia): Entre el dorso de la herramienta y la superficie trabajada. Siempre positivo. Evita el roce entre herramienta y pieza.
• β (Ángulo de filo): Depende de α y γ.
• γ (Ángulo de desprendimiento): Comprendido entre la cara de desprendimiento y la normal. α + β + γ = 90º.
• kr (Ángulo de posición del filo principal): Si es grande, la anchura de la viruta es pequeña y el esfuerzo de corte concentrado (la herramienta se desgasta rápido). Si es pequeña, la herramienta trabaja mejor, pero la fuerza hacia arriba es elevada y puede originar deformaciones. Valor típico: ~45º.

Formación de Viruta

La viruta es la forma en que el exceso de material es eliminado en el proceso. La zona donde se realiza el corte sufre una plastificación y cizalladura. El arranque de viruta separa el material por deformación plástica. La temperatura, distribución de esfuerzos y el rozamiento son parámetros fundamentales que condicionan la formación de viruta.

Propiedades de la viruta:

• Siempre es más dura y frágil que la pieza.
• Se distingue la zona que ha estado en contacto con la cara de desprendimiento (brillante y pulida) de la zona opuesta (rugosa).
• El espesor de la viruta es mayor que el espesor teórico de la viruta (o espesor de viruta indeformada).

Secciones de la viruta:

• Teórica (A): Antes de ser separada de la pieza, definida por la altura (h) y el ancho (b1).
• Real (B): Viruta arrancada, con mayor espesor (h2) y ancho (b2).
• Equivalente (Ae): Corresponde a un espesor (he) y ancho (be) equivalentes. Ae = he * be.

En torneado ortogonal, el espesor es h1. A1 (área) = h1 * b1 = p (alto) * a (ancho).

Teoría del Corte

Se considera:

• Corte ortogonal (ángulo de inclinación nulo).
• Material de la pieza fácilmente mecanizable.
• Herramienta afilada y rígida.
• Proceso de corte estacionario.
• Deformación plana.

La viruta está formada por un gran número de elementos planos de espesor ΔX muy pequeño, que deslizan uno sobre el otro con un desplazamiento ΔS. La deformación plástica se produce por deslizamiento de los elementos planos en la dirección del plano de deslizamiento.

Teoría de Ernst-Merchant

El plano de deslizamiento se inclina de manera que la energía absorbida en el proceso de corte sea mínima.

Potencia de Corte

Es la resultante de la potencia de deslizamiento (que provoca la deformación plástica) y la potencia de rozamiento (Pp) (necesaria para vencer las resistencias de rozamiento entre la viruta y la herramienta). PcPe (potencia efectiva). Potencia del motor (proporciona movimiento a la máquina). Potencia efectiva (motor – potencia perdida –> rendimiento η). Potencia de avance (absorbida en el movimiento de avance). La pérdida de capacidad de corte puede producirse progresivamente (desgaste) o instantáneamente (fallo catastrófico).

Desgaste y Vida de la Herramienta

Causas del desgaste:

• Adhesión: Rotura de microsoldaduras existentes entre el material de la herramienta y la viruta.
• Abrasión: Partículas endurecidas de la viruta deslizan por la cara de desprendimiento, eliminando pequeñas cantidades del material de la herramienta.
• Difusión: Átomos de una región se desplazan, en presencia de altas temperaturas, a otra con temperaturas más bajas.

El desgaste tiene lugar en la cara de incidencia y en la cara de desprendimiento.

Materiales de Herramientas: Aceros al carbono, rápidos, aleaciones duras no ferrosas, carburos metálicos, cerámicos, nitruros, diamantes.

Funciones de Programación CNC (N, G, X, R, Z, A, F, S, T, M)

Funciones modales: Permanecen activas a lo largo del programa mientras no se escriba otra función incompatible.

• F: Velocidad de avance (G94 para mm/min, G95 para mm/rev).
• S: Velocidad de giro del cabezal y corte (G97 para RPM, G96 para m/min).

Moldeo

El moldeo es un proceso de conformado sin arranque de viruta basado en la fusión de un metal. El material fundido fluye por gravedad u otra fuerza dentro de una cavidad o molde, que reproduce la forma de la pieza que se quiere fabricar, donde solidifica adquiriendo la forma de la cavidad.

Clasificación de los Procesos de Moldeo

Obtención de lingotes -> Industria primaria -> Forjado -> Obtención de piezas.

Colada Centrífuga

Procesos en los que el molde gira a una velocidad tal que la fuerza centrífuga distribuye el material fundido en el molde.

Fundición a Presión (Die Casting)

Se inyecta material fundido en la cavidad del molde a alta presión. Esta presión se mantiene durante la solidificación. Se usan moldes de única cavidad, múltiples, combinados y unitarios. Hay dos procesos principales: cámara caliente y cámara fría.