PROCESOS DE FABRICACIÓN TORNEADO

Ingeniería de Sistemas y Automática

Tecnología de Fabricación y Tecnología de Máquinas

ÍNDICE:

•

DESCRIPCIÓN

•

HERRAMIENTAS

•

PROCESOS

•

FUERZAS EN TORNEADO

•

PARÁMETROS

•

SUJECCIONES

•

TIPOS DE TORNOS

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DESCRIPCIÓN

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Con el nombre genérico de torneado se conoce al conjunto de operaciones de mecanizado que pueden efectuarse en la máquina herramienta denominada torno. El torno fundamentalmente permite obtener piezas de revolución, aunque también es posible la obtención de superficies planas mediante ciertas operaciones. El movimiento principal en el torneado es de rotación y lo lleva la pieza, mientras que los movimientos de avance y penetración son generalmente rectilíneos y los lleva la herramienta.

DESCRIPCIÓN

•Movimiento fundamental de corte: -rotativo -pieza •Movimiento fundamental de avance: -rectilíneo (generalmente) -herramienta

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El eje de rotación de la pieza se designa como eje Z. El eje X se define paralelo a la bancada y perpendicular a Z, mientras que el eje Y, de escasa utilización en torneado, se define de forma tal que constituye un triedro rectángulo orientado a derechas con los ejes X y Z. En algunas máquinas y operaciones, el movimiento de avance puede no seguir una trayectoria rectilínea. Este es por ejemplo un caso típico de operaciones efectuadas en tornos de control numérico que permiten el control simultáneo de los ejes Z y X.

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Aunque existen diversos tipos de tornos que incorporan ciertas particularidades, un torno puede ser esquematizado de la siguiente forma.

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•Cabezal: proporciona el par necesario para -hacer girar la pieza -producir el corte •Bancada: posee guías paralelas al eje de giro de la pieza •Carros: -carro longitudinal: se desplaza sobre las guías de la bancada -carro transversal: sobre el anterior, soporta la torreta portaherramientas

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El motor de accionamiento, situado en la parte inferior de la estructura, suministra la potencia requerida para el mecanizado. Dependiendo del tamaño y de las aplicaciones a las que se destine, el valor de la potencia puede oscilar desde 1 kW en las máquinas más pequeñas hasta 90 kW o incluso valores superiores en máquinas de mayor tamaño. Del motor de accionamiento parte la cadena cinemática de transmisión (correas, engranajes, cajas de cambio, sistema hidráulico, etc.) que permite la transmisión de la potencia a los puntos en los que ésta se requiere. El mayor consumo de potencia es requerido en el movimiento principal de rotación de la pieza. Esta rotación se realiza alrededor del eje principal o husillo de la máquina. Otro requerimiento de potencia, aunque de cuantía muy reducida en relación al anterior, procede del carro o mesa portaherramientas y es necesario para que la herramienta pueda realizar los desplazamientos de avance y de penetración.

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Coaxial con el husillo se encuentra el cabezal fijo de la máquina, que normalmente incorpora el plato de garras como elemento estándar de sujeción. El cabezal fijo mueve el husillo y hace girar a la pieza a mecanizar. En el extremo opuesto se encuentra el cabezal móvil o contrapunto que se utiliza como elemento auxiliar de sujeción en piezas largas y como soporte de herramientas en ciertas operaciones. Todos estos elementos son solidarios a una bancada que permite la fijación de la máquina-herramienta al suelo y proporciona rigidez estructural a cada uno de ellos. La herramienta de corte está sostenida por una torreta y se encuentra fijada al carro transversal que se mueve horixontalmente a lo largo de la bancada gracias a un tornillo sin fin. La herramienta puede avanzar paralela al eje de trabajo y radialmente. Para piezas cuyo diámetro es mucho mayor que su longitud se utilizan tornos verticales

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HERRAMIENTAS Herramientas específicas para cada aplicación, pero puede hacerse una distinción fundamental: •Herramientas enterizas •Herramientas de placa soldada •Herramientas de plaquita intercambiable (mayor parte de las herramientas actuales)

Herramientas enterizas

Herramienta de placa soldada

Herramienta de plaquita intercambiable

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EN FUNCIÓN DEL OBJETIVO PERSEGUIDO: OPERACIÓN DE DESBASTE: LA PRIORIDAD EN UNA OPERACIÓN DE DESBASTE ES ARRANCAR UN VOLUMEN DE METAL TAN EFICIENTEMENTE COMO SEA POSIBLE. EL MAYOR REQUERIMIENTO ES LA RESISTENCIA DEL FILO DE CORTE. OPERACIÓN DE ACABADO: EN ACABADO, EL VOLUMEN DE METAL ARRANCADO ES MENOR. TIENE POR OBJETIVO OBTENER UNAS SUPERFICIES QUE CUMPLAN CON UNAS EXIGENCIAS DE RUGOSIDAD Y DE TOLERANCIAS IMPUESTAS.

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PROCESOS Operaciones más frecuentes a realizar en un torno :

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Cilindrado (a). Permite la obtención de una geometría cilíndrica de revolución. Puede aplicarse tanto a exteriores como a interiores. Refrentado (b). Permite la obtención de superficies planas perpendiculares al eje de rotación de la máquina. Roscado (c). Permite la obtención de roscas, tornillos en el caso de roscado exterior y tuercas en el caso de roscado interior. Cajeado o Ranurado (d). Permite la obtención de cajas o ranuras de revolución. Tronzado (d). Permite cortar o tronzar la pieza perpendicularmente al eje de rotación de la pieza. Taladrado (e). Permite la obtención de taladros coaxiales con el eje de rotación de la pieza. Moleteado (f). Permite el marcado de la superficie cilíndrica de la pieza a fin de facilitar la rotación manual de la misma.

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Cilindrado Tanto en su variante de exteriores como en la de interiores, la situación más frecuente en la operación de cilindrado es la de modificar (reducir en exteriores e incrementar en interiores) el diámetro de una pieza. El movimiento de avance de la herramienta es paralelo al eje Z. En la figura siguiente, que representa una sección normal a la velocidad de corte (v) en una operación de cilindrado exterior, pueden apreciarse el avance (f) la profundidad de pasada (ap) el ancho de corte (b) el espesor de viruta indeformada (ac) la sección de viruta indeformada (Ac) el ángulo de posición (kr) la velocidad de corte (v) la velocidad de avance (vf) la velocidad de rotación (N) el diámetro inicial (Di) y el diámetro final (Df)

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Refrentado La operación de refrentado permite la obtención de una superficie plana perpendicular al eje de rotación de la pieza. El movimiento de avance es, por tanto, transversal, es decir, perpendicular al eje Z y paralelo al eje X. A diferencia del cilindrado, el refrentado, en el supuesto de realizarse a velocidad de rotación constante, no presenta una velocidad de corte constante, siendo ésta mayor a medida que la herramienta se aleja del eje de rotación. Por esta misma razón, en el refrentado tampoco es constante la potencia de corte, alcanzándose el valor máximo de ésta en el punto de contacto piezaherramienta más alejado del eje de rotación. La figura siguiente esquematiza un proceso de refrentado, en el que están representados el avance (f), la profundidad de pasada (ap), el ancho de corte (b), el espesor de viruta indeformada (ac), la sección de viruta indeformada (Ac), el ángulo de posición (kr), la velocidad de corte (v), la velocidad de avance (vf), la velocidad de rotación (N), el diámetro interior (Dint) y el diámetro exterior (Dext).

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Roscado La operación de roscado, tanto en interiores como exteriores, no es más que un caso particular de la operación de cilindrado en lo referente a su cinemática, variando respecto a aquélla las condiciones de corte y la geometría de la herramienta. La figura siguiente esquematiza un proceso de roscado. Tal y como puede apreciarse, el avance de la herramienta se hace coincidir con el paso de la rosca. El número de pasadas a realizar, suele ser elevado si se compara con una operación de cilindrado equivalente, debido a la limitación del espesor de viruta indeformada en cada una de las pasadas, a fin de obtener una geometría aceptable en la rosca.

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Cajeado o Ranurado El cajeado puede considerarse como una variante del refrentado, aunque se realiza con una herramienta especial, unas condiciones de corte diferentes y en una posición de la generatriz que no está situada en el extremo de la pieza tal y como sucede en el refrentado. La figura recoge un esquema de la operación de cajeado. La geometría más habitual del cajeado suele ser rectangular (situación mostrada en la figura), aunque mediante el empleo de herramientas con otras geometrías pueden obtenerse cajas de diferentes formas. Un caso particular de la operación de cajeado lo constituye el tronzado, que consiste en prolongar la profundidad de la caja hasta alcanzar el eje de rotación de la pieza, con el consiguiente corte de la pieza. El tronzado se emplea normalmente como operación final en el torneado de piezas en una sola fijación. Esta situación se da con frecuencia en operaciones semiautomatizadas en las cuales la alimentación del torno se realiza con una barra que sobresale por la parte exterior del cabezal fijo y que va siendo empujada una cierta distancia antes de iniciar el proceso de cada pieza.

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Taladrado Aunque no se trata de una operación específica del torno, y de hecho existen máquinas-herramienta específicas para taladrar, el torno permite la realización de taladros coaxiales al eje de rotación de la pieza. Para ello se sitúa una broca en el extremo del contrapunto y se desplaza éste con el movimiento de avance hasta conseguir el taladro. En el caso de tornos de control numérico, la broca suele situarse en la torreta portaherramientas en lugar de en el contrapunto, siendo su trabajo como la de cualquier otra herramienta de interiores Una operación muy habitual en el torno, caso particular del taladrado, es la denominada operación de punteado. Consiste en dar un pequeño taladro cónico en el extremo de la pieza más alejado del plato de garras y permite utilizar este taladro como elemento de centraje en la sujeción entre puntos. Existen tornos, normalmente de control numérico, en los que la torreta dispone de un cabezal motorizado que permite la realización de taladros paralelos al eje del cabezal.

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Moleteado El moleteado no es una operación de mecanizado propiamente dicha, puesto que no elimina material de la preforma. Se utiliza para marcar con una geometría estriada alguna de las superficies de revolución de la pieza, a fin de facilitar su amarre manual, impidiendo que ésta resbale en el contacto con la mano por efecto del sudor o la grasa depositada sobre la superficie.

PROCESOS

Torneado interior (mandrinado)

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.Cilindrado .Refrentado / Copiado .Perfilados .Roscado

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Combinación operaciones La mayoria de las piezas son combinación de 2 o más operaciones, por lo que se requiere el uso de un juego de herramientas para completar el mecanizado. Esto se consigue con la utilización de torretas portaherramientas

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FUERZAS EN TORNEADO

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Ft: fuerza principal de corte FT = K S ⋅ A( N ) A : Sección de viruta arrancada

Ks depende de: •Material de la pieza •Geometria de la pieza •Angulo de posición •Espesor de la viruta •Velocidad de corte

Nt componente normal o fuerza de empuje: •Perpendicular al filo de corte y Ft •Se estima como el 60% de Ft •Componentes axial y normal

Potencia de corte: en función de la fuerza de corte

P=

v ⋅ FT ( KW ) 60 ⋅1000

Potencia consumida: en función del rendimiento de la transmisión

PMH =

P

η

(KW )

PARÁMETROS

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1. VELOCIDAD DEL HUSILLO n (rpm): VELOCIDAD A LA QUE GIRA LA PIEZA 2. VELOCIDAD DE CORTE vc (m/min): VELOCIDAD A LA QUE EL FILO DE CORTE MECANIZA LA SUPERFICIE DE LA PIEZA. ES LA VELOCIDAD A LA QUE LA PERIFERIA DEL DIÁMETRO DE CORTE PASA ANTE EL FILO DE LA HERRAMIENTA. •

ES CONSTANTE SIEMPRE Y CUANDO SE MANTENGAN CONSTANTES EL DIÁMETRO A MECANIZAR Y LAS REVOLUCIONES DEL HUSILLO.

•

SI ES DEMASIADO PEQUEÑA, NO SE GENERAN LAS FUERZAS SUFICIENTES PARA QUE SE PRODUZCA EL CORTE. [150,180] m/min.

PARÁMETROS

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3. VELOCIDAD DE AVANCE vf (mm/min): ES EL DESPLAZAMIENTO DE LA HERRAMIENTA EN VARIAS DIRECCIONES. 4. AVANCE POR REVOLUCIÓN f (m/rev): ES EL DESPLAZAMIENTO DE LA HERRAMIENTA EN UNA VUELTA DE LA PIEZA GIRATORIA. •

ES UN VALOR CLAVE PARA DETERMINAR LA CALIDAD DE LA SUPERFICIE A MECANIZAR Y PARA ASEGURAR QUE LA FORMACIÓN DE VIRUTA ESTÉ DENTRO DEL CAMPO DE LA GEOMETRÍA DE CORTE.

•

DETERMINA EL ESPESOR DE LA VIRUTA Y LA PROPORCIÓN DE ROTURA DE LA MISMA.

PARÁMETROS

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PARÁMETROS

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5. PROFUNDIDAD DE CORTE ap (mm): MITAD DE LA DIFERENCIA ENTRE EL DIÁMETRO PREVIO A MECANIZAR Y EL OBTENIDO CON LA MECANIZACIÓN. •

SE MIDE PERPENDICULARMENTE AL AVANCE DE LA HERRAMIENTA Y NO SOBRE EL FILO DE ESTA.

6. ÁNGULO DE POSICIÓN κ. ÁNGULO ENTRE EL FILO DE CORTE Y LA DIRECCIÓN DE AVANCE. •

PARÁMETRO IMPORTANTE DE CARA A LA VIDA DE LA HERRAMIENTA. NORMALMENTE [45, 90]º. EN COPIADO O PERFILADO, A MENUDO ES ÚTIL QUE SEA MAYOR A 90º.

•

PUEDE SELECCIONARSE DE FORMA QUE PERMITA MECANIZAR CON AVANCES EN VARIAS DIRECCIONES (VERSATILIDAD Y REDUCCIÓN CAMBIOS HERRAMIENTA).

PARÁMETROS

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7. SECCIÓN DE VIRUTA. • •

ANCHO DE VIRUTA la: ES LA LONGITUD EFECTIVA DEL FILO PRINCIPAL. ESPESOR DE VIRUTA h. SI EL ÁNGULO DE POSICIÓN ES DE 90º, • PROFUNDIDAD DE CORTE = LONG FILO EFECTIVO = ANCHO DE VIRUTA. • ESPESOR DE VIRUTA = AVANCE POR REVOLUCIÓN.

PARÁMETROS ÁNGULO POSICIÓN FACTOR IMPORTANTE VIDA HERRAMIENTA: - DETERMINA LA PRESIÓN POR UNIDAD DE SUPERFICIE EN EL FILO. - ESPESOR VIRUTA RELACIÓNADO CON ÉL. - VIRUTA DELGADA DISTRIBUYE PRESIÓN Y CONSUME MENOS POTENCIA. - MAS VENTAJOSO APLICAR SECCION MENOR Î ÁNGULOS PEQUEÑOS EN MECANIZADO PESADO Y CON CORTES INTERRUMPIDOS. - SE PUEDE REDUCIR TIEMPO MECANIZADO UN ÁNGULO INFERIOR A 90º Y AUMENTANDO EL AVANCE. UTILIZAR FILO CORRECTAMENTE PARA AUMENTAR VIDA.

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PARÁMETROS

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INFLUENCIA ÁNGULO POSICIÓN EN DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS. ÁNGULO DE POSICIÓN ENTRE 60º Y 80º: - MEJORA VIDA HERRAMIENTA Y PRODUCTIVIDAD. - ESTABILIDAD POR EL EQUILIBRIO DE FUERZAS. - GAMA DE AVANCE PARA UNA ALTA PRODUCTIVIDAD. - FUERTE PUNTA DEL FILO. - ESPESOR DE VIRUTA ADECUADO PARA UN AVANCE DADO (PRESIÓN FILO). - ENTRADA/SALIDA CORTES ADECUADA.

PARÁMETROS

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8. ANGULO DE PUNTA ε. Si K es pequeño, es necesario incrementar este angulo para dar resistencia a la plaquita

9. ÁNGULO DE POSICIÓN SECUNDARIO κn.

PARÁMETROS

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10. REDONDEO DE LA PUNTA. • • • • • •

ELIMINA LA AGUDEZA Y FRAGILIDAD. TENACIDAD. UN GRAN RADIO DISTRIBUYE EL CORTE EN UNA LONGITUD MAYOR (MEJORA VIDA HERRAMIENTA). MEJOR DISIPACIÓN CALOR. INFLUYE EN EL ACABADO SUPERFICIAL. LA TENDENCIA A LAS VIBRACIONES AUMENTA CUANDO SE INCREMENTA EL RADIO DE REDONDEO DE LA PUNTA. UN RADIO DE PUNTA MAYOR DEBE SELECCIONARSE PARA PROPORCIONAR TENACIDAD EN EL DESBASTE Y CALIDAD SUPERFICIAL EN LAS OPERACIONES DE ACABADO.

PARÁMETROS

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OBSERVANDO LA HERRAMIENTA DE CORTE DESDE UN LATERAL: 11. ÁNGULO DE INCLINACIÓN λ. ES EL ÁNGULO DEL ASIENTO DE PLAQUITA EN EL PORTAPLAQUITAS. •

DEBE SER NEGATIVO SI EL ÁNGULO DE FILO β ES DE 90º. ES NECESARIO CIERTO ÁNGULO DE INCIDENCIA α PARA QUE EL FILO DE CORTE TRABAJE LIBREMENTE SIN ROZAMIENTO.

12. ÁNGULO DE DESPRENDIMIENTO γ. ESTÁ INTEGRADO EN EL FILO.

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PARÁMETROS

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ÁNGULO DE DESPRENDIMIENTO

ÁNGULO DE INCIDENCIA

PARÁMETROS A. B. C. D. E. F.

ÁNGULO DE INCLINACIÓN NEGATIVO. ÁNGULO DE INCLINACIÓN POSITIVO. ÁNGULO DE DESPRENDIMIENTO. ANGULOS DE INCLINACIÓN Y DESPRENDIMIENTO IGUALES. ACCIÓN DE CORTE OCTOGONAL. ACCIÓN DE CORTE OBLICUA.

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PARÁMETROS FORMAS DE PREPARACIÓN DEL FILO DE CORTE: - RADIO DE REDONDEO DE ARISTA. - CHAFLÁN. - FACETA NEGATIVA DE REFUERZO.

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TIPOS SUJECCIONES Modos de sujeción de las piezas en el torneado Modo 1: sujeción al aire

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•La pieza se sujeta por uno de sus extremos •El mismo plato que la sujeta le transmite el movimiento de giro •Válido para piezas no esbeltas L/D < 3. •La pieza se representa como una viga simplemente empotrada

Modo 2: sujección entre plato y punto

•La pieza se sujeta por uno de sus extremos y por el otro se encuentra apoyada en un punto •El plato es quien transmite el movimiento de giro •Válido para piezas semi-esbeltas 3< L/D < 5 •La pieza se representa como una viga empotrada y apoyada

Modo 3: sujección entre puntos

•La pieza se apoya en puntos de sus dos extremos •El movimiento de arrastre se comunica por un punto intermedio (mordazas, uñas) •Válido para piezas esbeltas 5< L/D •La pieza se representa como una viga doblemente apoyada

TIPOS SUJECCIONES

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Distintos tipos de sujeciones utilizados para mantener la pieza en posición sobre el husillo y proporcionar movimiento se muestran en la figura siguiente : a- Contrapunto Tiene forma de cono y se inserta en un agujero practicado en el extremo de la pieza. Dos tipos Muerto : El contrapunto es fijo y no gira con la pieza. Utilizado en torneados a bajas velocidades. Vivo : El contrapunto gira con la pieza y evita la fricción

b- Mandril de 3 mordazas Tiene forma de cono y se inserta en un agujero practicado en el extremo de la pieza. Dos tipos

c- Camisa Buje tubular con hendiduras longitudinales. El diámetro interior sostiene la pieza. Debido a las hendiduras un extremo de la boquilla puede apretarse para reducir su diámetro y suministrar presión de agarre segura sobre la pieza. d- Plato de Sujeción Utilizado para sujetar piezas de formas irregulares. Las mordazas son diseñadas en función de las distintas formas de la piezas a sujetar

TIPOS SUJECCIONES

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TIPOS DE TORNOS

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Torno paralelo •Torno básico, económico •Pequeñas series •No pueden trabajar simultáneamente varias herramientas

Torno de copiar •Reproduce una plantilla •Palpador + servomecanismos •Clasificación en función de los servomecanismos

TIPOS DE TORNOS

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Torno revolver •Semiautomático •Permite a varias herramientas trabajar simultáneamente •Grandes series

Torno vertical •Eje de rotación vertical •Para piezas de gran diámetro y poca altura •Hasta 20m de diámetro

TIPOS DE TORNOS

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