UNIDAD 2:ANÁLISIS Y

DISEÑO DE PIEZA Dr. Roberto Carlos García Gómez

Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez

Contenido.

• 2.1 Análisis de las superficies a maquinar

• 2.1.1 Análisis de tolerancias geométricas

• 2.1.1 Análisis de material.

• 2.2 Selección de herramientas y parámetros de corte.

• 2.2.1 Tipos de herramientas

• 2.2.2 Material para herramienta de corte

• 2.2.3 Parámetros de corte

• 2.2.3.1 Avance

• 2.2.3.2 Velocidad de corte

• 2.2.3.3 Profundidad de corte (Análisis de superficies)

• 2.3 Análisis y selección del material de pieza

2.1 Análisis de las superficies a maquinar

• La producción de una pieza o componente debe seguir unos criterios relacionados con la calidad, tanto en el cumplimiento de las especificaciones de la pieza como en la calidad del servicio al realizarla en el plazo estimado, y el coste final.

• Normalmente la fabricación se lleva a cabo en un entorno específico: una fábrica, unas máquinas, unos operarios, los plazos de entrega, las auditorías, suministros, etc. Además no suele fabricarse una pieza sólo sino muchas u lo suficientemente variadas, aunque las fábricas se están especializando en piezas semejantes agrupadas en familias.

• Para satisfacer los objetivos de calidad precio y plazo, se han de optimizar y ordenar las múltiples acciones que se deben llevar a cabo.

•

• Esta ordenación o planificación se establece en cinco niveles distintos:

• 1. Planificación de la producción. En esta etapa se realiza un listado de productos a fabricar, el plazo en el que hay que suministrarlos, y en qué cantidades.

• 2. Planificación de pedidos. En esta etapa se realiza la hoja de balance en el que se planifican las actividades para cumplir con el plan de producción. En concreto, se planifican los componentes cuya fabricación se subcontrata, los suministros necesarios (MRP), los accesorios y la mano de obra.

• 3. Planificación de capacidad. En esta parte se establecen los horarios y secuencias de tareas, para cumplir con las fechas de entrega, se establece el capital necesario para mantener la producción, la reducción de tiempos muertos y perezosos de las máquinas, así como tener previsto las soluciones a problemas que pudieran aparecer.

• 4. Planificación de procesos. Para cada componente en particular se seleccionan y se definen al detalle las preformas y los procesos a realizar para la su transformación en productos finales listos para el montaje. En esta parte se definen procesos factibles y se determinan los tiempos y plazos de fabricación.

• 5. Planificación de operaciones. En esta parte se define la documentación a partir de los datos dados en la planificación de procesos. Se suelen usar: La Hoja de Ruta. Es el documento que acompaña al lote de fabricación y donde se señalan los tiempos, los controles de calidad y todas las incidencias que hayan podido ocurrir. La Ficha de Operación. Por cada operación se realiza una ficha con todos los detalles de ésta. Suele recibir otros nombres en las fábricas como Gamas, o Instrucción de Control de Calidad de Procedimientos (ICCP)

Estudio de la información geométrica

del plano • Antes de realizar operación alguna, se debe determinar la

fabricabilidad de la pieza, ya que en el contrato el fabricante se compromete a asegurar el cumplimiento de las especificaciones del plano.

• En primer lugar se deben contrastar la validez de los procesos disponibles estudiando las cotas críticas y decidiendo los puntos de amarre para conseguirlas.

• Se han de tener en cuenta si se tienen que realizar operaciones intermedias como tratamientos térmicos, si se han de diseñar amarres especiales, etc.

• Por último y como cosa importante se han de prever los instrumentos de control necesarios para el control de calidad antes de dar salida al producto.

• Para realizar bien este estudio previo a la fabricación se va describir una metodología que conviene utilizar sobretodo para los planificadores noveles.

• Los pasos a seguir son:

• Numeración de las superficies a mecanizar

• Análisis de las especificaciones de las superficies

• Análisis de la preforma necesaria.

• Análisis del resto de las especificaciones.

Numeración de superficies

• En el plano se numeran todas las superficies que tienen

especificaciones propias.

• Es decir, las que tienen algo característico que la

distingue de las demás. En esta etapa más vale pasarse

de más que de menos.

Análisis de las especificaciones de las

superficies • Las superficies vendrán caracterizadas por distintos parámetros que

señalan características de:

• Acabado superficial. Habitualmente se señalan sus características de Rugosidad media Ra y textura.

• Tolerancias dimensionales. Valores máximos y mínimos señaladas habitualmente en las cotas. Estas tolerancias pueden estar indefinidas por que esa superficie no es funcional, pueden ser unilímites, o pueden estar perfectamente definidas señalando su máximo y su mínimo. Estas cotas dimensionales también se pueden clasificar en:

• Intrínsecas a las superficies

• De posición relativa entre superficies mecanizadas

• De posición relativas entre superficies en bruto y mecanizadas

• Tolerancias geométricas. Son tolerancias de forma y posición las cuales condicionan la máquina utilizada, el amarre, la secuencia de operaciones, las condiciones de corte,…

• Para esto debemos recordar como se mide la rugosidad.

Análisis de la preforma

• Para elegir la preforma a partir de la cual se va a fabricar la pieza, se debe elegir: Tipo de material: Del cual se deben tener datos sobre su maquinablilidad, sus tratamientos térmicos su los necesitara, así como la capacidad de soportar aprietos por parte de los amarres.

• Forma y dimensiones: Se han de tener en cuenta su deformabilidad, mediante el Módulo de Young E, la dificultad del amarre, el acceso de las herramientas a todas las superficies a mecanizar, así como el comportamiento vibracional del conjunto herramienta-pieza durante el mecanizado.

• La preforma tiene unas dimensiones mayores que las del sólido que circumscribe a la pieza a fabricar. Ese sobredimensionamiento se denomina creces.

2.2 Selección de herramientas y

parámetros de corte. • 2.2.1 Tipos de herramientas

• 2.2.2 Material para herramienta de corte

• 2.2.3 Parámetros de corte

• 2.2.3.1 Avance

• 2.2.3.2 Velocidad de corte

• 2.2.3.3 Profundidad de corte (Análisis de superficies)

2.2.1 Tipos de herramientas

• Un instrumento de corte es el elemento utilizado para

extraer material de una pieza cuando se quiere llevar a

cabo un proceso de mecanizado. Hay muchos tipos para

cada máquina, pero todas se basan en un proceso de

arranque de viruta. Es decir, al haber una elevada

diferencia de velocidades entre la herramienta y la pieza,

al entrar en contacto la arista de corte con la pieza, se

arranca el material y se desprende la viruta.

• Sus principales elementos característicos son:

• Las herramientas de corte sufren altas temperaturas y grandes esfuerzos mecánicos.

• LOS PRINCIPALES REQUISITOS DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE SON: • Alta resistencia al desgaste.

• Alta estabilidad física y química a alta temperatura.

• Alta resistencia a la fractura frágil.

• No es posible conseguir todas las cualidades a la vez y es necesario llegar a soluciones de compromiso.

• INFLUENCIA DEL TIPO DE PROCESO: • Tipo de fuerzas que sufre la herramienta:

impactos o fuerzas de módulo constante.

• Temperatura que alcanza el filo de la herramienta.

Para el torno

• Una herramienta de corte típica para usar en un torno

(también conocida como buril) consta principalmente de

un cuerpo, mango o vástago, y de un cabezal donde se

encuentra la parte cortante. A su vez, el cabezal se

compone de diversas partes, tal como vemos en la figura

de abajo.

La designación de cualquier herramienta contiene una lista de ángulos, en grados,

y el tamaño del radio nariz, este método numérico ha sido estandarizado por la

Asociación Americana de Estándares y se ilustra en la figura.

Para información

mediante insertos

verificar el archivo en

la plataforma

Para fresa • Las fresas van provistas en su periferia, o también en su cara frontal, de dientes

o de cuchillas. Son útiles de varios filos y tienen respeto a los útiles de un solo filo, para cepillar y para tornear, la ventaja de que no se calienten tanto y de que tampoco se embotan tan rápidamente. Cada filo está cortando nada más que una fracción del tiempo que dura su revolución y durante el resto del tiempo se vuelva a enfriar.

• También en el fresado, el material a trabajar y el tipo del trabajo, determinan los ángulos de filo. Estos dependen además del procedimiento de fresado. En el fresado paralelo el ángulo de filo es más puntiagudo; el ángulo de ataque tiene que ser más empinado (20 a 22°). El ángulo de incidencia se elige de 6°. Las fresas para metales ligeros van provistas, con objeto de conseguir un buen arranque de viruta, de huecos entre dientes especialmente grandes y redondeados. Para materiales duros se emplean fresas con muchos dientes, lo cual lleva consigo la existencia de huecos pequeños entre diente y diente: arrancan sólo virutas pequeñas.

• Según la forma de sus dientes se distingue entre fresas

de dientes puntiagudos por ejemplo: fresas cilíndricas. y

fresas destalonadas.

Tipos de fresas • Fresas cilíndricas y fresas Frontales:

• Las fresas cilíndricas tienen filos únicamente en su periferia. Se utilizan para desbastar y afinar superficies planas por medio de la maquina fresadora horizontal;

• Las fresas cilíndricas acopladas, con dientes helicoidales de sentidos opuestos, tienen la ventaja de que el empuje axial queda en ellas parcialmente compensado;

• Las fresas frontales cilíndricas tienen dientes no solamente en la periferia, sino también en una de las caras frontales. Se prestan estas fresas para trabajar superficies planas y rebajos en ángulo recto, tanto con la fresadora horizontal como la vertical.

• Fresas en forma de disco se utilizan para fresar entalladuras estrechas: • La sierra circular se utiliza para cortar piezas y para hacer en ellas ranuras estrechas como, por ejemplo, en las cabezas de los

tornillos;

• Las fresas para ranurar con dientes rectos sirven para fresar ranuras planas. Con objeto de evitar el roce lateral, estas fresas van ahuecadas con la muela por ambos lados;

• Las fresas de disco de dientes triangulares son apropiadas para chaveteros más profundos;

• Las fresas de dientes cruzados van provistas de filos dirigidos alternativamente a la derecha y a la izquierda;

• Las fresas de discos acoplados pueden , después de haber sido afiladas, volver a su primitiva anchura mediante interposición de las convenientes arandelas;

• Fresa de disco en posición de trabajo.

• Fresa con vástago: • Las fresas de vástago con fresas frontales cilíndricas de pequeño diámetro. El vástago o mango sirve para sujeción. Las fresas de

vástago con corte a la derecha y hélice a la derecha o las de corte a la izquierda con hélice a la izquierda, pueden salirse del husillo como consecuencia del empuje axial. Para evitar esto, el mangos de fresa provistos de lengüeta de arrastre no se usan general mente nada más que para cortes ligeros:

• Las fresas de vástago para ranuras se prestan para la ejecución de ranuras en T;

• Las fresas para agujeros rasgados tienen dos filos y se utilizan para el fresado de chaveteros y de agujeros rasgados.

• Fresas de forma: • Las fresas angulares son necesarias para la ejecución de guías prismáticas;

• La fresa frontal angular se utiliza para el mecanizado de guías en ángulo;

• Las fresas de un solo filo se utilizan para pequeños trabajos de fresado de forma.

Para taladro

Operaciones

2.2.3 Parámetros de corte

• Desbaste, Acabado y calibración. (Avances, velocidad

de corte y profundidad de corte)

2.2.3.1 Avance

• Para el torno: • El avance de un torno se define como la distancia que avanza la

herramienta de corte a lo largo de la pieza de trabajo por cada revolución del husillo. Por ejemplo, si el torno está graduado por un avance de 0.008 pulg (0.20 mm), la herramienta de corte avanzará a lo largo de la pieza de trabajo 0.008 pulg (0.20 mm) por cada vuelta completa de la pieza. El avance de un torno paralelo depende de la velocidad del tornillo o varilla de avance. Además, se controla con los engranes desplazables en la caja de engranes de cambio rápido

• Siempre que sea posible, sólo se deben hacer dos cortes para dar el diámetro requerido: un corte de desbastado y otro de acabado. Dado que la finalidad del corte de desbastado es remover el material con rapidez y el acabado de superficie no es muy importante, se puede usar un avance basto.

• El corte de acabado se utiliza para dar el diámetro final requerido y producir un buen acabado de superficie; por lo tanto, se debe utilizar un avance fino. Para maquinado general, se recomiendan un avance de 0.010 a 0.015 pulg. (0.25 a 0.38 mm) para desbastar y de 0.003 a 0.005 pulg (0.076 a 0.127 mm.) para acabado fino. En la tabla 2 se indican las velocidades recomendadas para cortar diversos materiales cuando se utiliza una herramienta de acero de alta velocidad.

• Efectos de la velocidad de avance

• Decisiva para la formación de viruta

• Afecta al consumo de potencia

• Contribuye a la tensión mecánica y térmica

• La elevada velocidad de avance da lugar a:

• Buen control de viruta

• Menor tiempo de corte

• Menor desgaste de la herramienta

• Riesgo más alto de rotura de la herramienta

• Elevada rugosidad superficial del mecanizado.

• La velocidad de avance baja da lugar a:

• Viruta más larga

• Mejora de la calidad del mecanizado

• Desgaste acelerado de la herramienta

• Mayor duración del tiempo de mecanizado

• Mayor coste del mecanizado

2.2.3.2 Velocidad de corte

• La velocidad de corte para trabajo en un torno se puede definir como la velocidad con la cual un punto en la circunferencia de la pieza de trabajo pasa por la herramienta de corte en un minuto.

• La velocidad de corte se expresa en pies o en metros por minuto. Por ejemplo, si el acero de máquina tiene una velocidad de corte de 100 pies (30 m) por minuto, se debe ajustar la velocidad del torno de modo que 100 pies (30 m) de la circunferencia de la pieza de trabajo pasen frente al al punta de la herramienta en un minuto.

• La velocidad de corte (VC) recomendada para diversos materiales aparece en la siguiente tabla. Estas velocidades de corte las han determinado los productores de metales y fabricantes de herramientas de corte como las más convenientes para la larga duración de la herramienta y el volumen de producción.

Calculo de la velocidad (RPM)

• Para poder calcular las velocidades por minuto (rpm) a

las cuales se debe ajustar el torno, hay que conocer el

diámetro de la pieza y la velocidad de corte del material.

• Aplique una de las siguientes formulas para calcular la

velocidad en RPM a la cual se debe graduar el torno.

• Calculo en pulgadas:

𝑅𝑃𝑀 =𝑉𝐶 𝑓𝑡 𝑥12

𝜋𝑥 𝑑𝑖𝑎𝑚

𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑙𝑙𝑒𝑟

RPM=𝑉𝐶𝑥4

𝐷 (𝑖𝑛)

𝑅𝑃𝑀 =𝑉𝐶 𝑚 𝑥1000

𝜋𝑥 𝑑𝑖𝑎𝑚

𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑡𝑎𝑙𝑙𝑒𝑟

RPM=𝑉𝐶𝑥320

𝐷 (𝑚𝑚)

Ejemplo

• Calcule las RPM requeridas para el torneado de acabado

de una pieza de acero de maquina de 2 in de diámetro.

• RPM=100𝑥4

2=200

• Ahora uno mas complejo