Máquinas – Herramientas por arranque de viruta

Herramientas por arranque de
viruta

1. Profundidad de
   corte.
2. Velocidad
3. Máquina-herramienta y
   herramienta
4. Clasificación de las
   máquinas-herramienta
5. Aleaciones duras
   (estelitas)
6. Tipos de virutas en
   ingeniería industrial (Upiicsa)
7. Fluidos de corte
   (refrigerantes)
8. Referencias

El objetivo
fundamental en los Procesos de
Manufactura
por Arranque de Viruta es obtener piezas de
configuración geométrica requerida y acabado
deseado. La operación consiste en arrancar de la pieza
bruta el excedente (mal sobrante) del metal por medio de
herramientas
de corte y maquinas adecuadas. .

Los conceptos principales que intervienen en el
proceso son
los siguientes: metal sobrante, profundidad de corte,
velocidad de
avance y velocidad de
corte.'

METAL SOBRANTE (SOBRE ESPESOR). Es la cantidad de
material que debe ser arrancado de la pieza en bruto, hasta
conseguir la configuración geométrica y
dimensiones, precisión y acabados requeridos. La
elaboración de piezas es importante, si se tiene una
cantidad excesiva del material sobrante, originará un
mayor tiempo de
maquinado, un mayor desperdicio de material y como consecuencia
aumentará el costo de
fabricación. .

PROFUNDIDAD DE
CORTE.

Se denomina profundidad de corte a la profundidad de
la capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de
la herramienta; generalmente

se designa con la letra" t" Y se mide en
milímetros en sentido perpendicular;

En las maquillas donde el movimiento
de la pieza es giratorio (Torneado y Rectificado) o de la
herramienta (Mandrinado), la profundidad de corte se determina
según la fórmula:

en donde:

Di = Diámetro inicial de la pieza
(mm). Df = Diámetro final de la pieza
(mm).

En el caso de trabajar superficies planas (Fresado,
Cepillado y Rectificado de superficies planas), la profundidad
de corte se obtiene de la siguiente forma:

T = E – e (mm)

en donde:

E = espesor inicial de la pieza

e = espesor final de la pieza (mm). .

VELOCIDAD DE
AVANCE.

Se entiende por Avance al movimiento
de la herramienta respecto a la pieza o de esta última
respecto a la herramienta en un periodo de tiempo
determinado.

El Avance se designa generalmente por la letra" s" y
se mide en milímetros por una revolución del eje del cabezal o
porta-herramienta, y en algunos casos en milímetros por
minuto.

VELOCIDAD DE CORTE.

Es la distancia que recorre el "filo de corte de la
herramienta al pasar en dirección del movimiento principal
(Movimiento de Corte) respecto a la superficie que se trabaja:
El movimiento que se origina, la velocidad de corte puede ser
rotativo o alternativo; en el primer caso, la velocidad de,
corte o velocidad lineal relativa entre pieza y herramienta
corresponde a la velocidad tangencial en la zona que se esta
efectuando el desprendimiento de la viruta, es decir, donde
entran en contacto herramienta y, pieza y debe irse en el punto
desfavorable. En el segundo caso, la velocidad relativa en un
instante dado es la misma en cualquier punto de la pieza o la
herramienta.

"En el caso de maquinas con movimiento giratorio
(Tomo, Taladro, Fresadora, etc.), la velocidad de corte esta
dada por:

(m/min) ó (ft/min)

En donde:

D = diámetro correspondiente al punto
más desfavorable (m).

n = número de revoluciones por minuto a que
gira la pieza o la herramienta.

Para máquinas
con movimiento alternativo (Cepillos, Escoplos, Brochadoras,
etc.), la velocidad de corte corresponde a la velocidad media y
esta dada por:

en donde:

L = distancia recorrida por la herramienta o la pieza
(m).

T = tiempo necesario para recorrer la distancia L
(min).

MAQUINA-HERRAMIENTA Y HERRAMIENTA

La optimización en el proceso de
fabricación de piezas en la industria es
función de la maquina –herramienta
así como de la herramienta misma, por lo que a
continuación se presentan las características, más
sobresalientes de cada una de ellas.

MÁQUINAS -HERRAMIENTA. Son aquellas máquinas
que desarrollan su labor mediante un utensilio o herramienta de
corte convenientemente perfilada y afilada que maquina y se
pone en contacto con el material a trabajar produciendo en
éste un cambio de
forma. y dimensiones deseadas mediante el arranque de
partículas o bien por simple
deformación..

La elección de la maquina-herramienta que
satisfaga las exigencias tecnológicas, debe hacerse de
acuerdo a los siguientes factores:

l. Según el aspecto de la superficie que se
desea obtener: En" relación a la forma de las
distintas superficies del elemento a maquinar, se deben deducir
los movimientos de la herramienta y de la pieza, ya que cada
máquina-herramienta posee sus características que la distinguen y
resulta evidente su elección.

2. Según las dimensiones de la pieza a
maquinar: Se debe observar si las dimensiones de los
desplazamientos de trabajo de la maquina-herramienta son
suficientes para las necesidades de la pieza a maquinar.
Además, se debe tomar en consideración la
potencia que
será necesaria durante el arranque de la viruta; la
potencia
estará en función
de la profundidad de corte, la velocidad de avance' y la
velocidad de corte.

3. Según la cantidad de piezas a
producir: Esta sugiere la elección más
adecuada entre las máquinas de, tipo corriente,
semiautomático y automático (en general, se
emplean máquinas corrientes para producciones
pequeñas y máquinas automáticas para
producciones grandes).

4. Según la precisión requerida:
Con este factor se está en condiciones de elegir
definitivamente la maquina-herramienta adecuada.

CLASIFICACIÓN DE LAS
MAQUINAS-HERRAMIENTA

Las maquinas-herramienta se distinguen principalmente
por las funciones que
desempeñan, así como el tipo de piezas que pueden
producir y en general se pueden dividir tomando en
consideración los movimientos que efectúan
durante el maquinado de las piezas. En el cuadro No. 1 se
presenta un resumen de las principales máquinas-herramientas
y los movimientos que realizan, movimiento de trabajo
(principal ó de corte) y de alimentación,
(secundario o de corte) asumidos por la herramienta o la
pieza.

HERRAMIENTAS DE CORTE

Por herramientas se entiende a aquel instrumento que
por su forma especial y por su modo de empleo,
modifica paulatinamente el aspecto de un cuerpo hasta conseguir
el objeto deseado, empleando el mínimo de tiempo y
gastando la mínima energía.

MATERIALES PARA LAS HERRAMIENTAS DE
CORTE

La selección de material para la construcción de una herramienta depende
de' distintos factores de carácter
técnico y económico, tales como: '

1. Calidad del
material a trabajar y su dureza.

2. Tipo de producción (pequeña, mediana y en
serie).

3. Tipo de máquina a utilizar.

4. Velocidad de Corte.

CUADRO Nº 1. RESUMEN DE LAS
PRINCIPALES MAQUINAS-HERRAMIENTAS.

2. Trabajos de acabado a baja velocidad de corte
(entre 10 Y 15 m/min).

1. En algunos casos a la aleación hierro–carbono
   sé le mezclan otros elementos (con la, finalidad de
   aumentar la resistencia al
   desgaste) tales como: cromo, cobalto, manganeso, molibdeno,
   níquel, silicio, tungsteno, vanadio. En estos casos los
   aceros asumen la denominación de especiales y pueden
   emplearse para trabajar a una velocidad de corte de hasta 25
   m/min. .
2. Rápidos. Se denomina acero
   rápido a la aleación hierro-carbono con
   un contenido de carbono de entre 0.7 y 0.9 % a la cual se le
   agrega un elevado porcentaje de tungsteno (13 a 19'%), cromo
   (3.5 a 4.5 %), y de vanadio (0.8 a 3.2 %). Las herramientas
   construidas con estos aceros pueden trabajar con velocidades de
   corte de 60 m/min. a 100 m/min (variando esto con respecto a la
   velocidad de avance y la profundidad de corte), sin perder el
   filo de corte hasta, la temperatura
   de 600° C y conservando una dureza Rockwell de 62 a
   64.
3. Extra-rápidos. Estos aceros
   están caracterizados por una notable resistencia al
   desgaste" del filo de corte aún a temperaturas
   superiores a los 600° C por lo que las herramientas
   fabricadas con este material pueden emplearse cuando las
   velocidades de corte requeridas son mayores a las empleadas
   para trabajar con herramientas de acero
   rápido.

Los aceros extra-rápidos tienen la misma
composición que los aceros rápidos, a los cuales
se les añade del 4 al 12 % cobalto.

2. ALEACIONES
DURAS (ESTELITAS)

Es una aleación cuyos principales componentes
son tungsteno (10-20 %), cromo (20-35 %), cobalto (30-35 %),
molibdeno (10-20 %), pequeños porcentajes pe carbono
(0.5-2 %) y de hierro hasta 10 %.

Dichas aleaciones
son preparadas en forma de pequeñas placas fundidas, las
cuales se sujetan en la extremidad maquina_ de un mango de
acero al carbono. Las herramientas construidas con estas
aleaciones
presentan las siguientes ventajas:

a) Se pueden trabajar metales duros
con altas velocidades de corte (de 5 a 10 veces superiores a
las velocidades utilizadas con herramientas de acero
rápido).

b) Conserva los filos de corte a temperaturas hasta de
800° C.

c) El afilado se realiza fáci1ment_ a la muela
como todas las herramientas de acero rápido y
extra-rápido.

3. CARBUROS. Son – aleaciones en forma de
pequeñas placas obtenidas por sinterización a
temperaturas comprendidas entre 1400º C y 1700° C. Sus
principales componentes son: carburo de tungsteno (WC), carburo
– de titanio (TiC) o carburo de cobalto (CoC).

En el cuadro No. 2 se dan las composiciones y
aplicaciones de los carburos más comúnmente
empleados:

4. MATERIALES
CERÁMICOS. Es el producto
obtenido por sinterización del óxido de aluminio
combinado con óxido de sodio y óxido de potasio.
Estos materiales
aleados con óxido de silicio forman el compuesto para
sinterizar a temperaturas próximas a 1800°
C.

Las placas de cerámica no resisten cargas de
flexión superiores a los 40 kg/mm2, pero en
cambio
presentan una gran resistencia a la abrasión;, por. tal
– motivo se emplean especialmente para el maquinado de metales no
ferrosos, grafitos, etc.

TIPO COMPOSICIÓN
APLICACIONES

S1 78% TUNGSTENO Trabajo a altas
velocidades de corte ( 200mlmin ) y

16% CARBURO DE TITANIO pequeños
avances

6% COBALTO

S2 76% TUNGSTENO Trabajo con velocidad
de corte media y avance medios

16% CARBURO DE TITANIO

8% COBALTO

S3 89% TUNGSTENO Trabajo con velocidad
de corte de 120 m/min,

5% CARBURO DE TITANIO buena resistencia a la
flexión y resistencia media

COBALTO al desgaste

G1 94% CARBURO DE

TUNGSTENO Trabajo de las fundiciones

6% COBALTO

(GRANO NORMAL)

G2 94% CARBURO DE TUNGSTENO Trabajo de
las fundiciones duras, aceros

6% COBALTO ( GRANO FINO) templados, materiales
sintéticos

CUADRO No. 2. COMPOSICIONES Y APLICACIONES DE LOS
CARBUROS MAS COMÚNMENTE UTILIZADOS.

TIPOS
DE VIRUTAS EN INGENIERÍA INDUSTRIAL
(UPIICSA)

A partir de la apariencia de la viruta se puede
obtener mucha información valiosa acerca del proceso de
corte, ya que algunos tipos de viruta indican un corte
más eficiente que otros. El tipo de viruta está
determinado primordialmente por:

a) Propiedades del material a trabajar.

b) Geometría de la herramienta de
corte.

c) Condiciones del maquinado (profundidad de corte,
velocidad de avance y velocidad de corte).

En general, es posible diferenciar inicialmente tres
tipos de viruta:

Viruta discontinua. Este caso representa el
corte de la mayoría de los materiales frágiles
tales como el hierro fundido y el latón fundido; para
estos casos, los esfuerzos' que se producen delante del filo de
corte de la herramienta provocan fractura. Lo anterior se debe
a que la deformación real por esfuerzo cortante excede
el punto de fractura en la dirección del plano de corte, de manera
que el material se desprende en segmentos muy pequeños.
Por lo común se produce un acabado superficial bastante
aceptable en estos materiales frágiles, puesto que el
filo tiende a reducir las irregularidades.

Las virutas discontinuas también se pueden
producir en ciertas condiciones con materiales más
dúctiles, causando superficies rugosas. Tales
condiciones pueden ser bajas velocidades de corte o
pequeños ángulos de ataque en el intervalo de
0° a 10° para avances mayores de 0.2 mm. El incremento
en el ángulo de ataque o en la velocidad de corte
normalmente elimina la producción de la viruta
discontinua.

Viruta Continua. Este tipo de viruta, el cual
representa el corte de la mayoría de materiales
dúctiles que permiten al corte tener lugar sin fractura,
es producido por velocidades de corte relativamente altas,
grandes ángulos de ataque (entre 10º y 30º) y
poca fricción entre la viruta y la cara de la
herramienta.

Las virutas continuas y largas pueden ser
difíciles de manejar y en consecuencia la herramienta
debe contar con un rompevirutas que retuerce la viruta y la
quiebra en
tramos cortos.

Viruta Continua con protuberancias. Este tipo
de viruta representa el corte de materiales dúctiles a
bajas velocidades en donde existe' una alta fricción
sobre la cara de la herramienta. Esta alta fricción es
causa de que una delgada capa de viruta quede cortada de la
parte inferior y se adhiera a la cara de la herramienta. La
viruta es similar a la viruta continua, pero la produce una
herramienta que tiene una saliente de metal aglutinado soldada
a su cara. Periódicamente se separan porciones de la
saliente y quedan depositadas en la superficie del material,
dando como resultado una superficie rugosa; el resto de la
saliente queda como protuberancia en la parte trasera de la
viruta,

FLUIDOS DE CORTE
(REFRIGERANTES)

Para mejorar las condiciones durante el proceso de
maquinado, se utiliza un fluido que baña el área
en donde se está efectuando el corte. Los objetivos
principales de éste fluido son:

a) Ayudar a la disipación del calor
generado.

b) Lubricar los elementos que intervienen, en el
corte para evitar la pérdida la
herramienta.

c) Reducir la energía necesaria para efectuar
el corte

d) Proteger a la pieza contra la oxidación, y
la corrosión.

e) Arrastrar las partículas del material
(medio de limpieza).

f) Mejorar el acabado superficial.

Las propiedades esenciales que los líquidos de
corte deben poseer son los siguientes:

1. Poder
refrigerante. Para ser bueno el líquido debe poseer
una baja viscosidad, la
capacidad de bañar bien el metal (para obtener el
máximo contacto térmico); un alto calor
específico y una elevada conductibilidad
térmica.

2. Poder
lubrificante. Tiene la función de reducir el
coeficiente de rozamiento en una medida tal que permita el
fácil deslizamiento de la viruta sobre la cara anterior
de la herramienta.

f'"7

Dentro de los fluidos de corte más utilizados
se citan los siguientes:

1. Aceites minerales.
A esta categoría pertenecen el
petróleo y otros productos
obtenidos de su destilación; en general, estos aceites
tienen un buen poder refrigerante, pero son ' poco
lubrificantes y poco anti-soldantes. Se emplean para el
maquinado de" las aleaciones ligeras y algunas veces por las
operaciones
de rectificado. Tienen la ventaja de no oxidarse
fácilmente.

2. Aceites vegetales. A éstos pertenecen
el aceite de colza y otros obtenidos de plantas o
semillas; tienen buen poder lubricante y también
refrigerante, además de tener un escaso poder
anti-soldante. Se oxidan con facilidad por ser
inestables.

,,'.:

3. Aceites animales. Pertenecen a éstos
el aceite de sebo y otros obtenidos de orgasmos masculinos y de
algunos animales; como
los vegetales, tienen un buen poder lubrificante y
refrigerante, pero se oxidan o el riesgo que se
lo coman las mujeres.

4. Aceites mixtos. Son las mezclas de
aceites vegetales o animales y
minerales;
los primeros entran en la proporción de 10% a 30%, Tiene
un buen poder lubrificante y refrigerante. Son más
económicos que los vegetales.

5. Aceites al bisulfuro de molibdeno. Ofrecen
como característica la lubricación a elevadas
presiones y la de facilitar el deslizamiento, de la viruta
sobre la cara de la herramienta; no son adecuados para el
maquinado de metales no ferrosos, ya que originan corrosiones
en la superficie de las piezas trabajadas, No obstante, existen
los aceites llamados" inactivos" obtenidos con mezclas, de
bisulfuro de molibdeno y aceites vegetales o
animales.

6. Aceites emulsionables. Se obtienen mezclando
el aceite mineral con agua en las
siguientes

Proporciones:

a) De 3 a 8% para emulsiones diluidas. Tienen
un escaso poder lubrificante; se emplean para trabajos
ligeros.

b ) De 8 a 150/0 para emulsione medias. Poseen
un discreto poder lubrificante; se -emplean para el maquillado
de metales de mediana dureza con velocidades medianamente
elevadas.

c) De 15 a 30% para emulsiones densas.
Presentan un buen poder lubrificante; son adecuados para
trabajar los metales duros de la elevada tenacidad. Protegen
eficazmente contra las oxidaciones las superficies de las
piezas maquinadas.

ELECCIÓN DEL FLUIDO DE CORTE

Esta elección se basa en criterios que depender
de los siguientes factores:

a) Del material de la pieza en fabricar. Para
las aleaciones ligeras se utiliza petróleo; para la fundición, en
seco. Para el latón, bronce y cobre,
el trabajo
se realiza en seco o con cualquier tipo de aceite que este
exento de azufre; para el níquel y sus aleaciones se
emplean las emulsiones. Para los aceros al carbono se emplea
cualquier aceite; para los aceros inoxidables auténticos
emplean los lubrificadores al bisulfuro de
molibdeno.

b) Del material que constituye la herramienta.
Para los aceros al carbono dado que interesa esencialmente el
enfriamiento, se emplean las emulsiones; para los aceros
rápidos se orienta la elección de acuerdo con el
material a trabajar. Para las aleaciones duras, se trabaja en
seco o se emplean las emulsiones.

c) Según el método
de trabajo. Para los tornos automáticos se usan los
aceites puros exentos de sustancias nocivas, dado que el
operario se impregna las manos durante la puesta a punto de la
máquina; para las operaciones de
rectificado se emplean las emulsiones. Para el taladrado se
utilizan los 'afeites puros de baja viscosidad;
para el fresado se emplean las emulsiones y para el brochado
los aceites para altas presiones de corte o
emulsiones.

REFERENCIAS

Boon, G.K.; Mercado, A.;
Automatización Flexible en la Industria ;
Ed. LIMUSA-Noriega, México, 1991.

Ing. Montes de Oca Morán; Ricardo, Ing.
Pérez López; Isaac, "Manual de
Prácticas para la asignatura MANUFACTURA
INDUSTRIAL II" Ingeniería Industrial, Editorial: UPIICSA
– IPN, Enero del 2002

Martino, R.L.; Sistemas
Integrados de Fabricación; Ed. LIMUSA-Noriega, México, 1990.

REFERENCIAS Y VINCULOS WEB:

PLANEACIÓN Y CONTROL DE LA
PRODUCCIÓN: BALANCEO DE LÍNEAS DE ENSAMBLE:
LÍNEAS MEZCLADAS Y DEL MULTI-MODELO

PLANEACIÓN Y CONTROL DE LA PRODUCCIÓN
– BALANCEO DE LINEAS

www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/ger1/pycdelapro.htm

FUNDAMENTOS DE LA ECONOMÍA DE LOS SISTEMAS DE
CALIDAD

www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/fin/fundelacal.htm

PAGOS SALARIALES: PLAN DE
SALARIOS E
INCENTIVOS
EN INGENIERÍA INDUSTRIAL
www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/rrhh/pagosal.htm

MANUAL DE TIEMPO
ESTÁNDAR
www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/ger/mantiemesivan.htm

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA
INDUSTRIAL
www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/ger1/introalaii.htm

INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES – REDES Y LA
ADMINISTRACIÓN DE PROYECTOS
www.gestiopolis.com/recursos/documentos/fulldocs/ger1/iopertcpm.htm

Autor:

Ing. Iván Escalona

Ingeniería Industrial

UPIICSA – IPN

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Estudios de Preparatoria: Centro Escolar Atoyac
(Incorporado a la U.N.A.M.)

Estudios Universitarios: Unidad Profesional
Interdisciplinaria de Ingeniería y Ciencias
Sociales y Administrativas (UPIICSA) del Instituto
Politécnico Nacional (I.P.N.)

www.upiicsa.ipn.mx

Ciudad de Origen: México.