Tipos y clasificación de procesos de mecanizado | Ciencias de la fabricación

Este artículo arroja luz sobre los tipos de procesos de mecanizado. Los tipos son:- 1. Dar forma y Planificación 2. Torneado y mandrinado 3. Taladrado y 4. Fresado. Es necesario tener cierta exposición a las operaciones de mecanizado reales y sus análisis. En este artículo, no entraremos en los detalles tecnológicos extremos y todos los tipos de operaciones posibles, sino que nos ocuparemos únicamente de las operaciones de mecanizado muy básicas y comunes.

Tipos de proceso de mecanizado # 1. Modelado y Planificación:

La naturaleza básica del proceso de eliminación de material es la misma en ambos casos. La principal diferencia entre los dos es que, al dar forma, el movimiento primario (de corte) se proporciona a la herramienta y el avance se da a la pieza de trabajo, mientras que, en la planificación, es solo lo contrario.

La operación de corte es de naturaleza intermitente y tiene lugar durante el recorrido de avance. Durante la devolución de la herramienta (o el trabajo, según sea el caso), el movimiento de avance se proporciona cuando no hay acción de corte. La figura 4.34 muestra algunos detalles de la zona de corte.

En una operación de corte real, los parámetros principales son las carreras por unidad de tiempo (N), la longitud de la carrera (S), la relación de retorno rápido (R) (desplazamiento / carrera), la profundidad de corte ( d) y los ángulos de la herramienta. Para convertir estos parámetros en los parámetros básicos de mecanizado, sería suficiente examinar la Fig. 4.34 que muestra una vista en sección.

Cabe recordar que, en general, no se cumple la condición de mecanizado ortogonal pero trataremos el proceso asumiendo que es de aplicación la mecánica del mecanizado ortogonal. En cuanto al consumo de energía, los resultados no son muy inexactos. El grosor sin cortar y el ancho de corte están dados por las relaciones -

Donde Ψ es el ángulo del filo principal principal. Se encuentra que el ángulo de inclinación es α (también llamado inclinación normal) desde la vista en sección (figura 4.34). La figura 4.35 muestra los componentes de corte y empuje de la fuerza.

El componente de corte F _C actúa contra v y F _T actúa perpendicular a la superficie transitoria. F _T se puede volver a dividir en dos componentes, a saber, F _f (componente de alimentación) y F _n (componente normal a la superficie mecanizada), como -

La tasa de remoción de metal viene dada por LdƒN, donde L es la longitud del trabajo y N es el número de golpes de corte por unidad de tiempo. El tiempo de corte también se puede determinar si la anchura (B) del trabajo, la profundidad total a la que se debe bajar la superficie de trabajo (H), la profundidad de corte (d), el avance (ƒ) y el se dan la carrera de corte por unidad de tiempo (N). El tiempo total -

Tipos de proceso de mecanizado # 2. Torneado y aburrido:

El torneado es una de las operaciones más comunes. Generalmente, mediante esta operación se producen superficies de revolución, aunque las superficies planas se producen mediante torneado frontal. Todas las operaciones de torneado se realizan en tornos. Los principales tipos de operaciones de torneado son:(i) torneado de superficies cilíndricas y cilíndricas escalonadas, (ii) torneado de superficies de revolución ahusadas y curvas, (iii) torneado de roscas de tornillo y (iv) torneado y tronzado frontal. Cuando se mecaniza una superficie interna, la operación se conoce comúnmente como mandrinado.

Las operaciones de mandrinado también se pueden realizar para producir diferentes tipos de superficies internas de revolución. Aquí discutiremos la mecánica de una operación de torneado simple. Esto puede extenderse a las otras operaciones especiales cuando sea necesario. La figura 4.37a muestra una operación de giro simple. La herramienta utilizada para tal operación se denomina comúnmente herramienta de un solo punto.

La geometría detallada de esta operación se ilustra en la figura 4.37b. La figura 4.38 muestra las diferentes vistas y ángulos de una herramienta de torneado de un solo punto. Los parámetros en la operación de mecanizado básica correspondiente se pueden encontrar como -

Donde Ψ es el ángulo del borde de corte lateral. El ángulo de ataque normal α se puede encontrar cuando se especifican los ángulos de la herramienta. En general, la condición de ortogonalidad no se satisface, pero para mantener la discusión dentro del alcance de este texto, asumiremos el mecanizado ortogonal. La velocidad de corte se da como -

Donde N es el número de revoluciones del trabajo por unidad de tiempo y D es el diámetro del trabajo. Dado que la profundidad de corte d es muy pequeña en comparación con D, se puede suponer que la velocidad de corte es constante en todo el ancho de corte e igual al valor dado por la ecuación (4.41). Para cumplir la condición de mecanizado ortogonal, el borde de corte debe ser perpendicular al vector de velocidad y se puede mostrar fácilmente que la condición que deben cumplir los ángulos de la herramienta es -

Escriba # 3. Perforación:

La operación de perforación más común es la perforación y generalmente se realiza con la ayuda de un taladro helicoidal. A diferencia del moldeado y el torneado, esto implica dos filos de corte principales. La figura 4.41 muestra una operación de perforación.

Si el avance total de la broca por revolución (la velocidad de avance) es ƒ, entonces la proporción de cada filo es ƒ / 2 porque cada labio recibe la capa sin cortar cuya superficie superior tiene terminado por el otro labio 180 ° hacia adelante (durante la rotación de 180 °, el desplazamiento vertical de la broca es ƒ / 2). El grosor sin cortar t ₁ y el ancho de corte w se dan como -

r es el radio del punto en el borde de corte donde se está evaluando el rastrillo normal, D el diámetro nominal de la broca, β el ángulo de medio punto (Fig. 4.41b), y Ψ el ángulo de la hélice (Fig. 4.42).

La Tabla 4.12 da los valores típicos de los ángulos y parámetros de perforación.

Cabe señalar que en la operación de perforación las variaciones de la velocidad de corte y otros parámetros a lo largo del filo son apreciables y todo el fenómeno es muy complejo. Sin embargo, todos nuestros cálculos se basan en el punto medio de cada filo. El efecto de todas las fuerzas que actúan sobre la broca (Fig. 4.43) se puede representar mediante un par de torsión resistente M y una fuerza de empuje F. La acción en el borde del cincel no es verdaderamente una acción de corte; más bien se trata de empujar el material como una cuña. Pero el efecto del borde del cincel sobre el par es insignificante, ya que lo es sobre el eje de rotación.

La contribución del borde del cincel al desarrollo de la fuerza de empuje es considerable. La fuerza de empuje total F se puede expresar como -

Tipos de proceso de mecanizado # 4. Fresado:

El fresado es quizás la operación de mecanizado más versátil y la mayoría de las formas se pueden generar mediante esta operación. Es especialmente más indispensable para el mecanizado de piezas sin simetría rotacional. A diferencia de las herramientas de torneado, modelado y taladrado, la herramienta de fresado posee una gran cantidad de filos de corte. El eje en el que está montado el cortador se conoce comúnmente como árbol.

Las operaciones de fresado se pueden clasificar en dos grupos principales, a saber:(i) fresado horizontal y (ii) fresado vertical. En la operación de fresado horizontal, el eje de la fresa es horizontal. La figura 4.44 muestra algunas operaciones comunes de fresado horizontal. El fresado horizontal puede, nuevamente, dividirse en dos grupos dependiendo de las direcciones relativas de corte y movimiento de avance. Cuando la disposición es como la que se muestra en la figura 4.45a, la operación se llama fresado.

Cuando el corte y el movimiento de avance están en la misma dirección (Fig. 4.45b), la operación se denomina fresado descendente. Dado que en el fresado hacia abajo hay una tendencia a que el trabajo se arrastre hacia la fresa, el fresado hacia arriba es más seguro y se realiza comúnmente. Sin embargo, el fresado hacia abajo da como resultado un mejor acabado de la superficie y una mayor vida útil de la herramienta. Cuando los filos de corte son helicoidales, la operación de corte es más suave y se obtiene un mejor acabado. Esto se debe al acoplamiento gradual del filo.

El eje de la fresa es vertical y perpendicular (generalmente) a la superficie de trabajo en el fresado vertical. En la figura 4.47a se explica el esquema de formación de viruta durante el fresado de losas planas con un cortador recto. El cortador tiene un diámetro D y la profundidad de corte proporcionada es d. Cuando el fresado se realiza con una fresa de filo recto, la operación es ortogonal y la cinemática de formación de viruta es como se muestra en la figura 4.47b.

Dado que todos los filos de corte participan en el mecanizado, se facilita el estudio del proceso considerando la acción de un solo diente. Si ƒ es la velocidad de avance de la mesa en mm / min, el avance efectivo por diente en mm será ƒ / (NZ), donde N es las rpm del cortador y Z es el número de dientes del cortador.

La tasa de eliminación de material por unidad de ancho del trabajo viene dada por ƒd. En la figura 4.47b se ve claramente que el grosor del material sin cortar frente al filo aumenta gradualmente, alcanzando un máximo cerca de la superficie y luego vuelve a caer a cero rápidamente. Si la velocidad de avance es pequeña en comparación con la velocidad circunferencial del cortador, entonces -

Entonces, los componentes de la fuerza de corte F _C y F _T (que se muestra en la Fig. 4.48) no solo cambian de dirección sino también de magnitud a medida que el borde de corte se mueve a lo largo de la superficie de corte.

Es obvio que cuando se corta con un cortador recto, no hay componente de la fuerza de corte a lo largo del eje del cortador. El espesor medio sin cortar se puede tomar como la mitad del valor máximo. Por lo tanto -

Los valores promedio de F _C y F _T se puede averiguar aproximadamente utilizando este valor de espesor sin cortar. Desde F _T actúa en dirección radial, no produce ningún par y el par del eje se debe únicamente al componente F _C . Entonces, el torque M debido a un diente de corte es F _C (d / 2) y varía aproximadamente como F _c . La figura 4.49 muestra la variación del torque del eje (M) con la rotación del eje para la acción de un solo diente.

Ahora, para obtener el torque total (M̅), los momentos debidos a todos los dientes deben superponerse correctamente. Esto conduce a tres posibilidades diferentes, a saber:(i) β <2π / Z, (ii) β =2π / Z y (iii) β> 2π / Z. La figura 4.50a muestra las tres posibilidades diferentes; el par del árbol correspondiente a cada uno de ellos se muestra en la figura 4.50b. Es evidente en la figura 4.50 que con un cortador de filo recto, la fuerza y ​​el par del árbol tienen variaciones bruscas que pueden causar problemas de vibración.

Cuando se usa un cortador helicoidal, el contacto entre el filo y la pieza de trabajo comienza y termina gradualmente. Aquí, el par del eje debido a un solo diente y el par total son del tipo que se muestra en las Figs. 4.51a y 4.51b, respectivamente. La potencia de mecanizado se puede calcular tomando el producto de la velocidad del árbol y el par de torsión total promedio del árbol. Se puede considerar que la fuerza de empuje promedio actúa a lo largo de la línea radial media del arco de contacto del cortador de trabajo.