Capítulo 07 v16 Fresado PDF

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Apuntes de fundamentos de tecnología de fabricación para prparar el final...

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Fundamentos de fabricación mecánica

Capítulo 7.-

Fresado: operaciones, máquinas y utillaje

FRESADO: OPERACIONES, MÁQUINAS Y UTILLAJE.

7.1 Introducción. El proceso de conformado por fresado se puede definir como el proceso de arranque de material que se caracteriza por poseer una herramienta multifilo, llamada fresa, el movimiento de corte mediante un rotación de esta, siendo el movimiento de avance proporcionado bien por la propia pieza sujeta a una mesa desplazable, o por la fresa que se pueda desplazar sobre la pieza. La máquina herramienta que realiza el proceso es la fresadora (milling machine en inglés, fraiseuse en francés y Fräsmaschine en alemán) En general se pueden distinguir dos tipos de fresado: a) Fresado cilíndrico o tangencial: el eje de la fresa es paralelo a la superficie mecanizada.

b) Fresado frontal: el eje de la fresa trabaja perpendicular a la superficie mecanizada.

También de dos formas se pueden dividir los movimientos de trabajo en fresado: a) Fresado en concordancia.- El movimiento de avance y corte tiene el mismo sentido. El espesor del corte va desde su máximo valor hasta cero. La fresa hace una gran presión al inicio del corte. La máquina debe estar bien asentada, la pieza deben estar bien sujeta y el avance bien calculado para evitar rotura de herramienta y vibraciones. b) Fresado en oposición.- El movimiento de avance se opone al de corte o principal. El filo al inicio del corte resbala ligeramente sobre la pieza antes de empezar a cortar, originando fuerte rozamiento. El esfuerzo según avanza el corte aumenta y tiende a levantar la pieza.

El fresado en concordancia es la primera elección para la mayoría de las operaciones de fresado. En algunos casos, cuando la máquina no tiene la potencia suficiente o la pieza es muy maleable, es preferible el fresado en contraposición. No obstante, recuerde que la fuerza de corte tiende a levantar la pieza en las operaciones de fresado en contraposición. Esto se debe contrarrestar adecuadamente al sujetar la pieza. 7.1

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7.2

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Descripción y clasificación de las operaciones de fresado.

a) Planeado. Se puede realizar mediante fresas cilíndricas o frontales y produce después de una o varias pasadas una superficie plana de gran calidad.

Una norma general para las operaciones de planeado es mantener la herramienta de fresado constantemente en corte, en lugar de dar varias pasadas a lo largo. De este modo se minimiza el número de entradas y salidas y se evita que las plaquitas encuentren cargas perjudiciales que puedan generar vibraciones. Así debemos mantener la fresa en “empañe” o “carga” constante:

En el planeado convencional, el diámetro de la fresa debe ser un 20%-50% superior a la anchura de corte y la fresa debe estar ligeramente descentrada. No debe colocar la fresa exactamente en el centro. Si el diámetro de la fresa es menor que la pieza, se recomienda que la anchura máxima de corte sea de entre un 60% y un 80% del diámetro de la fresa.

b) Ranurado. Operación que produce una ranura más o menos profunda en la pieza y que se puede realizar con: -

Fresas de 3 cortes (corta de frente y por los dos laterales) Fresas de ranurar formas (p.e. cola de milano) Fresas de ranuras en T.

7.2

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c) Realización de chaveteros. El chavetero es un caso especial de ranura, y se define como alojamiento practicado en las dos piezas que se tratan de unir, y por el cual se introduce a presión una chaveta (clavija o pasador que se pone en la chaveta e impide que se salgan las piezas que sujeta).

d) Corte. Es también una operación especial de ranurado, pero aquí la ranura es profundo, estrecho y su objeto es separar en dos partes la pieza original

e) Perfilado. Mediante esta operación de fresado se pueden producir perfiles cóncavos, convexos o combinados, con una o varias fresas rectas o de formas diferentes.

7.3

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f) Fresado de superficies complejas por CN o copiado Especialmente en la realización de moldes y matrices es necesario realizar curvas complejas en tres dimensiones, por lo que se hace necesario disponer generalmente de fresas de punta esférica, que se adapten a la superficie que se pretende obtener.

g) Taladrado, escariado y mandrinado Mediante el taladrado se realizan agujeros que se mejoran su superficie mediante escariado y mandrinado. Son operaciones que se pueden efectuar mediante una fresadora siempre y cuando se utilice la herramienta adecuada (brocas, escariadores y mandrinos). Los escariadores son herramientas cilíndricas que llevan ranuras y dientes longitudinales y los mandrinos son herramientas monofilo que tornean interiormente la pieza.

7.3 Partes y tipos principales de fresadoras. La fresadora es una máquina herramienta de muy variadas formas y aplicaciones, como se ha visto en el apartado anterior. Las partes principales de una fresadora se pueden observar en los dos modelos básicos de estructuras mecánicas de estas máquinas: la horizontal y la vertical.

7.4

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Este tipo de estructuras mecánicas, condiciona la existencia de tres tipos principales de máquinas: horizontal, vertical y universal o inclinable.

Fresadora horizontal

Fresadora vertical

Fresadora universal con cabezal inclinable

Las fresadoras horizontales se llaman universales cuando posee un puente o carnero, que puede correr sobre el cuerpo o bancada por una guías cilíndricas o en forma de cola de milano y que se puede bloquear en una determinada posición, permitiendo instalar un cabezal vertical o inclinable.

Las modernas fresadoras poseen carenados que protegen de posibles atrapamientos o golpes con los movimientos de la máquina, de salpicaduras con los fluidos de corte y del salto de virutas. Igualmente poseen movimientos automáticos por control numérico al igual que automáticamente cambian las herramientas.

En la figura de la izquierda se pueden observar las partes de la máquina representada en la fotografía superior. Actualmente el nombre que se emplea para estas máquinas es el de "centro de mecanizado" máquina que sirve para multitud de operaciones de fresado, mandrinado, taladrado, escariado, etc.

7.5

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7.4 Tipos de fresas. Existe una gran variedad de herramientas para el fresado. Las fresas se pueden clasificar según su dentado, forma y sistema de sujeción:

7.4.1

Según su dentado.

- Fresas de dientes fresados o aguzados: tienen filos rectos, se afilan por sus superficies de incidencia y salida de viruta. Se emplean para el mecanizado de superficies planas. Es el tipo de diente más frecuente.

- Fresas de dientes destalonados: los dientes tienen un perfil casi rectangular y su periferia tiene forma de espiral de Arquímedes. Se afilan por la superficie de desprendimiento o destalonado para mentener invariable el perfil de los dientes.

7.6

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7.4.2

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Según su forma.

- Fresas de cilíndricas: con dentado recto o helicoidal.

Fresa cilíndrica

Fresas cilíndrico - frontal

- Fresas de disco o de plato.

- Fresas cónicas.

- Fresas de forma: con perfiles específicos para cada operación.

7.7

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- Fresas compuestas: formadas por dos o más fresa sencillas.

7.4.3

Según su material.

- Fresas enterizas: el cuerpo de la fresa y el filo es del mismo tipo de material.

- Fresas de dientes postizos: el cuerpo de la fresa suele de ser de acero al carbono y lleva los dientes de las fresas soldados o sujetos y normalmente son plaquitas de metal duro..

7.4.4

Según el sistema de sujeción.



Mango cilíndrico



Mango cónico

Los mangos cónicos son sistemas de colocación rápidos muy empleados para sujetar no sólo fresas sino brocas u otras herramientas a diferentes máquinas herramienta. o

Conos Morse: son acoplamientos cónicos normalizados que le permiten ser intercambiables en cualquier máquina herramienta. Se les denomina por números:

7.8

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Cono Morse Diámetro de la herramienta

D

d

L

N° 1

De 14 a 15 mm

12,06

9,7

56

N° 2

De 16 a 23 mm

17,78

14,90

67

N° 3

De 24 a 32 mm

23,82

20,20

84

N° 4

De 33 a 50 mm

31,26

26,50

107

N° 5

De 51 a 80 mm

44,39

38,20

135

N° 6

De 81 a 100 mm

63,34

54,60

188

Cono Morse

Espiga cono Morse

Reductor cono Morse

o

Conos ISO: sus aplicaciones son similares pero son más robustos al poseer mayor conicidad (7:24). Disponen de anclajes para evitar que rote patinando la herramienta debido al esfuerzo de corte.

Tamaño 30 40 45 50

D1 31.75 44.45 57.15 69.85

D2 50 63.55 82.55 97.5

D3 máx. 45 50 63 80

L 47.8 68.4 82.7 101.75

7.9

F1 15.9 15.9 15.9 15.9

F2 min 35 35 35 35

A 3.2 3.2 3.2 3.2

G M12 M16 M20 M24

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7.5

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Montaje de la herramienta.

7.5.1 Ejes portafresas largos (árboles portafresas) Las fresas se pueden colocar en toda la longitud del eje según las exigencias del trabajo, fijándolas en el lugar mediante casquillos (anillos) separadores y bujes guías (sirven de apoyo al eje y evitan la flexión excesiva del eje debido al esfuerzo durante el trabajo).

7.5.2 

Ejes portafresas cortos

Sujeción mecánica mediante pinza Es el método más utilizado. Se basa en introducir la herramienta en una pinza y ésta en el cono. Tras esta operación, se aprieta una tuerca que empuja los segmentos de la pinza contra la herramienta, ejerciendo presión sobre la misma. Las pinzas están divididas en segmentos para que distribuyan la presión sobre toda la superficie de la herramienta de forma uniforme, además de facilitar su deformación.



Otros sistemas de sujección Se puede agarrar la herramienta empleando una gran variedad de métodos, dos ejemplos serían los sistemas hidráulico (un fluido presiona la herramienta) o térmico (un ajuste con apriete a temperatura ambiente, que se calienta para que pueda entrar la herramienta). 7.10

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7.6

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Sujeción de piezas.

7.6.1 Mordazas. La mordaza se utiliza para «amarrar» piezas prismáticas más o menos pequeñas y para trabajos unitarios o de pequeños lotes.

La mordaza (o tornillo de mordazas) se sujeta directamente encima de la mesa de la fresadora mediante unos tornillos, y se deberá de tener la precaución de colocar la mordaza paralela al desplazamiento de la mesa mediante una escuadra o un reloj comparador.

El accionamiento de la mordaza para su apertura y cierre puede ser manual como en las imágenes superiores o también puede ser neumático o hidráulico lo que permite su automatización.

Antes de fijar la pieza en la mordaza hay que eliminar las posibles rebabas de la misma y restos de viruta, también es bueno golpear con un mazo de plomo, de plástico o madera sobre el material, procurando un buen apoyo, sobre los calzos o el asiento de la mordaza. Para agarrar la pieza con las mordazas, generalmente es necesario algún tipo de calzo o postizo, algunos ejemplos de amarres empleando estos dispositivos son: 7.11

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Calzos paralelos para material de poco espesor

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Calzos en cuña para material de poco espesor

Calzos en “V” para material de sección circular

Postizos de cobre, latón o aluminio para proteger superficies pulidas

Calzo cilíndrico para material no rigurosamente paralelo

7.6.2 Embridado. Se montan directamente sobre mesa aquellas piezas prismáticas grandes o de forma irregular que no sea posible efectuar su montaje en mordaza.

7.6.3

Divisores.

Es un elemento de sujeción de piezas que permite cambiar la posición de la misma, mediante el giro alrededor de su eje y así poder realizar operaciones de fresado, regularmente repartidas en la periferia (construcción de ejes estriados, ruedas dentadas, polígonos, etc.). En los casos de piezas largas se utiliza, además, el contracabezal o contrapunto como elemento auxiliar de apoyo. 7.12

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En los aparatos divisores K es el nº de vueltas que hay que dar a la manivela para que el eje portapiezas dé una vuelta entera sobre sí mismo. La manivela dispone de discos agujereados para poder contabilizar divisiones de vuelta: Ejemplo: Si queremos mecanizar utilizando una fresadora 2 ranuras que formen entre sí un ángulo de 123° 20´, y utilizamos un aparato divisor de K=40 para sujetar la pieza cilíndrica, con un plato de 21, 23, 27, 29, 31 y 40 agujeros, se debe proceder de la manera siguiente: 40 vueltas manivela  360°(=21600’) giro pieza X vueltas manivela  123° 20´ (=7400’) giro pieza

X=

40x7400 2960 370 19 = = =13+ 27 21600 216 27

En el círculo de 27 agujeros, daremos 13 vueltas enteras y 19 orificios.

7.6.4 Plato circular ó mesa giratoria. Se aplica a trabajos semejantes a los del divisor universal, en piezas que no se pueden sujetar en éste, siendo un trabajo frecuente el de contorneado.

En los centros de mecanizado por control numérico también se pueden instalar aparatos divisores o platos circulares, pero estos actúan automáticamente constituyendo los movimientos de uno o varios ejes a mayores.

7.13

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7.7 Diferentes configuraciones de fresadoras A continuación se muestran diferentes configuraciones de fresadoras ó centros de mecanizado de 3, 4, 5 y 6 ejes como ejemplos de la gran variedad que existe:

Centro de mecanizado vertical 3 ejes

Centro de mecanizado vertical 4 ejes divisor giratorio

Centro de mecanizado horizontal 4 ejes mesa giratoria

Centro de mecanizado vertical 5 ejes

Centro de mecanizado vertical 5 ejes tipo ‘trunnion’ o con mesa giratoria y basculante

7.14

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7.8 Fresadoras especiales. Algunos tipos de fresadoras especiales son:

Centro de mecanizado horizontal de doble mesa portapiezas

Centro de mecanizado vertical de doble husillo y doble cambio de herramientas

Centro de mecanizado tipo puente fijo para piezas de grandes dimensiones

Centro de mecanizado vertical con mesa de grandes dimensiones

Centro de mecanizado tipo puente móvil para piezas de grandes dimensiones

Fresadora-grabadora con control numérico para grabado de figuras, anagramas, escudos textos,etc. .

7.15

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7.9 Ejemplo de mecanizado en fresa (1). La pieza de la imagen se va a mecanizar con una fresa de diámetro 70 mm, de 5 filos o dientes de corte y girando a 800 rev/min.

a) ¿Cuál será la velocidad de corte a la que se está mecanizando? Vc(m/min) = n(rev/min) · πD (m/rev) = 800 (rev/min) · π·0,070 (m/rev) = 175,93 m/min. b) Si el avance es 700 mm/min, ¿cuánto vale el avance en mm. por cada diente (mm/z)? f(mm/z)=

700 (mm/min) F(mm/min) = =0,175(mm/z) Z(z/rev)·n(rev/min) 5(z/rev)·800(rev/min)

c) Si la fresa parte de la posición  , a 40 mm. de la pieza, y se mueve el centro de la fresa con la velocidad de avance del ejercicio anterior, ¿dónde se encontrará la herramienta mecanizando transcurridos 30 segundos?: L (mm) = F (mm/min) · T (min) L (mm) = 700 (mm/min) · 1/2 (min) = 350 mm. - Punto  → L (mm) = 40 + 10 mm = 50 mm - Punto  → L (mm) = 50 + 70 mm = 120 mm - Punto  → L (mm) = 120 + π·85 mm = 387mm La fresa se encontrará al cabo de 30 s entre los puntos  y .

7.16

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7.10 Ejemplo de mecanizado en fresa (2). Se desea realizar una ranura con una fresa de diámetro D= 10 mm. y profundidad 15 mm., según se refleja en el dibujo. Esta fresa consta de cuatro labios o dientes de corte, un avance de 0,02 mm./diente y una velocidad de corte de 16 m/min.

Nótese que la fresa parte a 10 mm. del bloque a mecanizar y sale otros 10 mm. para poder posicionar y retirar cómodamente la pieza.

a) ¿A qué número de revoluciones deberá girar la fresa para mantener las condiciones especificadas en el enunciado?. n(r.p.m.)=

Vc (m/min) 16 (m/min) = 509 r.p.m = π·D(m/rev) π·0,010 (m/rev)

b) ¿Cuál es el avance en mm./min. que tiene la fresa? F(mm/min) = f(mm/z) · Z(z/rev) · n(rev/min) = 0,02(mm/z) · 4(z/rev) · 509(rev/min) = 40,72 mm/min

c) ¿Cuánto tiempo tarda en realizar el ranurado? L (mm) = (10+50+2π15+2π25+50+10)mm = 371,32 mm T(min)=

371,32 (mm) L(mm) == =9,12 minutos F(mm/min) 40,72 (mm/min)

d) ¿Cuánto vale el caudal máximo de viruta en cm.³/min., cuando la fresa se mueve sobre una trayectoria recta? Q(mm3/min) = S(mm2)·F(mm/min) = 10x15 mm2·40,72 mm/min = 6108 mm³/min = 6,108 cm³/min. 7.17

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7.11 Ejemplo de mecanizado en fresa (3). Calcular el tiempo de mecanizado para realizar el perfilado de la pieza que se muestra con una fresa de 10 mm de diámetro y tres filos de corte, siguiendo el camino marcado por la línea a trazos. El avance es de 0,01 mm/diente y la velocidad de corte es de 94,25 m/min. n(r.p.m.)=

94,25 (m/min) Vc (m/min) = 3000 r.p.m = π·D(m/rev) π·0,010 (m/rev)

F(mm/min) = f(mm/z) · Z(z/rev) · n(rev/min) = = 0,01 (mm/z) · 3(z/rev) · 3000(rev/min) = 90 mm/min (2π·20) ) x2+ L (mm)= 20 + (60-15)x2 + ( 4 2π·5 +40+20 = 250,7mm +(40-30)+ 4 L(mm) 250,7 (mm) =2,79 minutos T(min)= = F(mm/min) 90 (mm/min)

7.18...