El papel crítico del exceso de mecanizado para lograr precisión en mecanizado

Con la mejora continua de requisitos de calidad en productos mecanizados, se invierte mucho tiempo y energía en explorar métodos para mejorar calidad, pero se ignora impacto del exceso de mecanizado en calidad durante el proceso, creyendo que solo tener exceso no afecta mucho. En mecanizado real de productos mecánicos, se encuentra que el exceso afecta directamente la calidad.

Si exceso demasiado pequeño: difícil eliminar errores residuales de forma/posición y defectos superficiales de proceso anterior. Si demasiado grande: aumenta carga de trabajo, consumo material, herramientas, energía. Lo grave: calor generado al cortar gran exceso deforma piezas, aumenta dificultad y afecta calidad. Por tanto, necesario controlar estrictamente el exceso.

Concepto de exceso de mecanizado

Exceso = espesor capa metal eliminada de superficie mecanizada durante mecanizado. Dos tipos: exceso de proceso y total. Exceso de proceso = espesor capa eliminada en una operación, diferencia entre dimensiones procesos adyacentes antes/después. Total = espesor total eliminado en todo proceso de bruto a pieza terminada, diferencia entre tamaño bruto y pieza en misma superficie. Total = suma excesos de cada proceso.

Por errores inevitables en fabricación bruto y dimensiones cada proceso, ambos excesos son variables, resultando exceso mínimo y máximo. Rango variación exceso proceso (diferencia máx-mín) = suma tolerancias dimensionales proceso anterior y actual. Zona tolerancia dimensión proceso generalmente especificada en dirección entrada de piezas. Ejes: dimensión básica = máx dimensión proceso; agujeros: mín dimensión proceso.

Influencia del exceso en precisión de mecanizado

1. Influencia de exceso excesivo

Piezas generan calor de corte. Parte llevado por virutas y fluido, parte a herramienta, parte a pieza subiendo temperatura. Temperatura estrechamente relacionada con exceso. Si exceso grande, tiempo desbaste inevitablemente mayor, cantidad corte aumentada, calor y temperatura suben continuamente. Mayor daño por subida temperatura = deformación pieza, especialmente materiales sensibles a temperatura (acero inoxidable). Deformación térmica recorre todo proceso, aumentando dificultad y afectando calidad.

Ej.: mecanizar ejes esbeltos (husillos). Grado libertad longitudinal limitado por método uno-a-uno. Si temp. pieza alta, expansión térmica. Al bloquearse elongación, pieza se dobla por tensión, dificultando procesado posterior. Tras calentarse, pieza doblada; si continúa mecanizado, parte sobresaliente mecanizada hasta terminado. Al enfriar a temp. normal, pieza deformación inversa por tensión, errores forma/posición afectando calidad. Expansión diámetro: parte aumentada cortada, error cilindricidad/dimensión tras enfriar. Rectificado husillos precisión: deformación térmica causa error paso.

2. Influencia de exceso demasiado pequeño

Exceso no debe ser grande ni pequeño. Si pequeño, no elimina tolerancias geométricas residuales y defectos superficie proceso anterior, afectando calidad. Para garantizar calidad, exceso mínimo cada proceso debe cumplir requisitos básicos proceso anterior.

Valores y formas de errores difieren según piezas y procesos. Tratar distinto al determinar exceso proceso. Ej.: eje esbelto fácil doblar, error lineal generatriz supera tolerancia diámetro → ampliar exceso. Proceso con escariador flotante u herramientas que localizan sobre superficie mecanizada: influencia error instalación E ignorable → reducir exceso. Procesos acabado para reducir rugosidad: exceso solo relacionado con rugosidad H.

Selección razonable del exceso de mecanizado

1. Principios para exceso de piezas

Selección relacionada con material, tamaño, grado precisión, método mecanizado, según situación concreta. Principios:

1. Exceso mínimo para acortar tiempo y reducir coste.
2. Reservar exceso suficiente, especialmente proceso final. Exceso debe garantizar exactitud y rugosidad del dibujo.
3. Considerar deformación por tratamiento térmico, si no → desperdicio.
4. Considerar método/equipo mecanizado y posible deformación durante mecanizado.
5. Considerar tamaño piezas. Mayor pieza → mayor exceso. Aumenta tamaño → aumenta posibilidad deformación por fuerza corte y tensiones internas.

2. Métodos para determinar exceso

2.1 Estimación empírica

Común en práctica. Determina exceso basado en experiencia diseño de personal proceso o comparación con piezas similares. Ej.: exceso de codillo, pasador, eje intermedio, popa de barcos en construcción según experiencia técnicos años. Considerando importancia pieza e influencia factores (gran volumen, tensión forja grande), reserva 6 mm semi-acabado tras desbaste, 3 mm acabado tras semi, 1 mm rectificado tras acabado. Para evitar desperdicio por exceso insuficiente, estimación empírica suele dar exceso grande. Usada en producción unitaria/pequeños lotes.

2.2 Consulta tabla con corrección

Método basado en datos acumulados en práctica e investigación experimental, revisados combinando condiciones reales. Ampliamente usado. Ver Tabla 1 y 2 para excesos piezas rodamientos tras desbaste, semi y rectificado.

2.3 Análisis y cálculo

Analiza y calcula exhaustivamente factores que afectan exceso según datos prueba y fórmulas. Exceso determinado es exacto, económico, razonable, pero necesita datos exhaustivos. No tan simple/intuitivo que anteriores, así que rara vez usado.

Resumen

En producción real, métodos fabricación muchas piezas determinados temporalmente: ej. manga acero inoxidable fundición centrífuga soldada tras laminar chapa; tapa refrigerador, base motor, caja engranajes fundición arena → piezas soldadas. Muchos factores inciertos, error forma difícil predecir. Tres métodos presentados no aplicables a tales piezas, solo dominar flexiblemente en fabricación real.