Introducción
Para los procesos de fabricación se utilizan distintos tipos de operaciones, algunos de ellos utilizando el control numérico tales como:
•Rectificado
•Fresado
•Corte con Plasma
•Aserrado
•Taladrado
•Cepillado
•Torneado
Facilitando el proceso de producción de alguna pieza, así como la inversión de capital. Para cada tipo de operación existe alguna máquina especifica que cumple dicho proceso, siendo diferente una máquina de Torno a una de corte de plasma, los componentes que lo conforman suelen ser diferentes, desde el tipo de motor que funciona para el giro de la pieza, así como para hacer el corte, o la modificación de la pieza a operar.
Rectificado
Para el rectificado se utilizan discos abrasivos robustos llamado muelas. Este proceso de aplica después de que la pieza se ha sometido a otras máquinas herramientas que le han quitado las impurezas mayores, dejando solamente un pequeño excedente de material para ser eliminado por la rectificadora con precisión.
Hoy en día, el avance tecnológico ha introducido en el mercado las rectificadoras con control computarizado, y como anteriormente se mencionó, ofrecen un sinfín de ventajas respecto al rectificado manual, algunas de estas ventajas son:
•Unificación de movimientos para el rectificado (superior, frontal e inferior) en una sola máquina
•Total Automatización con mínima intervención del operario
•Mayores dimensiones de la máquina, lo que posibilita rectificar piezas de gran tamaño
•Sistemas de sujeción magnética de la pieza
•Disponibilidad de diversas formas de bancadas o mesas de trabajo
•Mejoramiento de los tiempos y precisión del rectificado
•Incorporación de servomotores para cada eje, lo que permite un posicionamiento más preciso de la pieza
•Control automático del estado de las muelas
•Funcionamiento en un entorno cerrado, sin proyección externa de virutas, polvo o residuos
Figura-1. Rectificadora de control numérico computarizado
Las rectificadoras para piezas metálicas consisten en un bastidor que contiene una muela giratoria compuesta de granos abrasivos muy duros y resistentes al desgaste y la rotura. La velocidad de giro de las muelas puede llegar a 30.000 rpm, dependiendo del diámetro de la muela.
Figura-2. Muelas abrasivas
Fresado
El fresado consiste principalmente en el corte del material que se mecaniza con una herramienta rotativa de varios filos, que se llaman dientes, labios o plaquitas de metal duro, que ejecuta movimientos en casi cualquier dirección de los tres ejes posibles en los que se puede desplazar la mesa donde va fijada la pieza que se mecaniza.
Con el uso creciente de las fresadoras de control numérico están aumentando las operaciones de fresado que se pueden realizar con este tipo de máquinas, siendo así que el fresado se ha convertido en un método polivalente de mecanizado. El desarrollo de las herramientas ha contribuido también a crear nuevas posibilidades de fresado además de incrementar de forma considerable la productividad, la calidad y exactitud de las operaciones realizadas.
Herramientas de fresar
Las herramientas de fresar se caracterizan por su diámetro exterior, el número de dientes, el paso de los dientes (entendido por paso la distancia que existe entre dos dientes consecutivos) y el sistema de fijación de la fresa en la máquina.
Tipos de fresado
En las fresadoras universales utilizando los accesorios adecuados o en las fresadoras de control numérico se puede realizar la siguiente relación de fresados:
Figura-3. Fresa de planear de plaquitas de metal duro.
•Aplanamiento. La aplicación más frecuente de fresado es el aplanamiento que tiene por objetivo conseguir superficies planas. Para el aplanamiento se utilizan generalmente fresas de aplanar de plaquitas intercambiables de metal duro, existiendo una gama muy variada de diámetros de estas fresas y del número de plaquitas que monta cada fresa. Los fabricantes de plaquitas recomiendan como primera opción el uso de plaquitas redondas o con ángulos de 45º como alternativa.
•Fresado en escuadra. El fresado en escuadra es una variante del planeado que consiste en dejar escalones perpendiculares en la pieza que se mecaniza. Para ello se utilizan plaquitas cuadradas situadas en el portaherramientas de forma adecuada.
•Cubicaje. La operación de cubicaje es muy común en fresadoras verticales u horizontales y consiste en preparar los tarugos de metal u otro material como mármol o granito en las dimensiones cúbicas adecuadas para operaciones posteriores. Este fresado también se realiza con fresas de planear de plaquitas intercambiables.
•Corte. Una de las operaciones iniciales de mecanizado que hay que realizar consiste muchas veces en cortar las piezas a la longitud determinada partiendo de barras y perfiles comerciales de una longitud mayor. Para el corte industrial de piezas se utilizan indistintamente sierras de cinta o fresadoras equipadas con fresas cilíndricas de corte. Lo significativo de las fresas de corte es que pueden ser de acero rápido o de metal duro. Se caracterizan por ser muy delgadas (del orden de 3 mm aunque puede variar), tener un diámetro grande y un dentado muy fino.
Figura-4. Fresa de disco para ranurar.
Figura-5. Fresas para ranurado de forma en madera.
•Ranurado recto. Para el fresado de ranuras rectas se utilizan generalmente fresas cilíndricas con la anchura de la ranura y a menudo, para aumentar la producción, se montan varias fresas en el eje portafresas permitiendo aumentar la productividad de mecanizado. Al montaje de varias fresas cilíndricas se le denomina tren de fresas o fresas compuestas.
•Ranurado de forma. Se utilizan fresas de la forma adecuada a la ranura, que puede ser en forma de T, de cola de milano, etc.
•Ranurado de chaveteros. Se utilizan fresas cilíndricas con mango, conocidas en el argot como bailarinas, que pueden cortar tanto en dirección perpendicular a su eje como paralela a este.
•Copiado. Para el fresado en copiado se utilizan fresas con el perfil de plaquita redondo a fin de poder realizar operaciones de mecanizado en orografías y perfiles de caras cambiantes. Existen dos tipos de fresas de copiar: las de perfil de media bola y las de canto redondo o tóricas.
•Fresado de cavidades. En este tipo de operaciones se aconseja realizar un taladro previo y a partir del mismo y con fresas adecuadas abordar el mecanizado de la cavidad teniendo en cuenta que los radios de la cavidad deben ser al menos un 15% superior al radio de la fresa.
•Fresado de roscas. El fresado de roscas requiere una fresadora capaz de realizar interpolación helicoidal simultánea en dos grados de libertad: la rotación de la pieza respecto al eje de la hélice de la rosca y la traslación de la pieza en la dirección de dicho eje.
•Fresado frontal. Consiste en el fresado que se realiza con fresas helicoidales cilíndricas que atacan frontalmente la operación de fresado
•Fresado de engranajes. El fresado de engranajes apenas se realiza ya en fresadoras universales mediante el plato divisor, sino que se hacen en máquinas especiales llamadas talladoras de engranajes y con el uso de fresas especiales del módulo de diente adecuado.
•Fresado en rampa. Es un tipo de fresado habitual en el mecanizado de moldes que se realiza bien con fresadoras copiadoras o bien con fresas de control numérico.
Corte por plasma (aire, agua)
El fundamento del corte por plasma se basa en elevar la temperatura del material a cortar de una forma muy localizada y por encima de los 20.000 °C, llevando el gas utilizado hasta el cuarto estado de la materia, el plasma, estado en el que los electrones se disocian del átomo y el gas se ioniza (se vuelve conductor).
El procedimiento consiste en provocar un arco eléctrico estrangulado a través de la sección de la boquilla del soplete, sumamente pequeña, lo que concentra extraordinariamente la energía cinética del gas empleado, ionizándolo, y por polaridad adquiere la propiedad de cortar.
Resumiendo, el corte por plasma se basa en la acción térmica y mecánica de un chorro de gas calentado por un arco eléctrico de corriente continua establecido entre un electrodo ubicado en la antorcha y la pieza a mecanizar. El chorro de plasma lanzado contra la pieza penetra la totalidad del espesor a cortar, fundiendo y expulsando el material.
La ventaja principal de este sistema radica en su reducido riesgo de deformaciones debido a la compactación calorífica de la zona de corte. También es valorable la economía de los gases aplicables, ya que a priori es viable cualquiera, si bien es cierto que no debe de atacar al electrodo ni a la pieza.
•Características del proceso
Esta moderna tecnología es usable para el corte de cualquier material metálico conductor, y más especialmente en acero estructural, inoxidables y metales no férricos.
El corte por plasma puede ser un proceso complementario para trabajos especiales, como pueden ser la producción de pequeñas series, la consecución de tolerancias muy ajustadas o la mejora de acabados.
También se produce una baja afectación térmica del material gracias a la alta concentración energética del arco-plasma. El comienzo del corte es prácticamente instantáneo y produce una deformación mínima de la pieza.
Este proceso permite mecanizar a altas velocidades de corte y produce menos tiempos muertos, (no se necesita precalentamiento para la perforación).
Permite espesores de corte de 0.5 a 160 milímetros, con unidades de plasma de hasta 1000 amperios.
El corte por plasma también posibilita mecanizados en acero estructural con posibilidad de biselados hasta en 30 milímetros.
•Equipo necesario
El equipo necesario para aportar esta energía consiste en un generador de alta frecuencia alimentado por energía eléctrica, gas para generar la llama de calentamiento, y que más tarde se ionizará (argón, hidrógeno, nitrógeno), un electrodo y porta-electrodo que dependiendo del gas puede ser de tungsteno, hafnio o circonio, y por supuesto la pieza a mecanizar.
•Variables del proceso
Las variables del proceso son:
•Gases empleados.
•El caudal y la presión de los mismos.
•Distancia boquilla pieza.
•Velocidad del corte.
•Energía empleada o intensidad del arco.
•Corte por plasma por aire
•Corte con inyección de agua
•Corte con inyección de oxígeno
•Corte con doble flujo
Figura-6. Antorcha para el corte con plasma
Figura-7. Proceso del corte por plasma
Figura-8. Boquilla para la formación de gas ionizado
Aserrado y Esmerilado
Es una herramienta de corte con desprendimiento de viruta, empleando una herramienta manual de múltiples filos. El aserrado en el taller mecánico, se realiza con sierra de mano y en su mayoría con ajuste mecánico.
El aserrado nos permite separar secciones grandes de materia, pero también, realizar cortes lo mas próximos a las líneas de trazado, permitiendo así, ahorrar tiempo y esfuerzo para terminar una pieza mecánica
La hoja de sierra es una lámina o fleje de acero con dientes triangulares, y en ambos extremos tiene dos agujeros por los cuales se sujeta al arco de sierra.
La elección de la hoja de sierra depende sobre todo del material. Para materiales blandos de 14 a 18 dientes. Para metales duros de 24 o 32 dientes. Para perfiles delgados de 24 o 32. Para trabajos normales de 16 a 24 dientes.
•Forma correcta de efectuar el corte:
a) hacer una pequeña muesca con una lima sobre la raya donde ha de empezar el corte
b) tomar la sierra con la mano derecha algo levantada
c) los primeros golpes o pasadas darlos con presión moderada
d) después de unos 25 golpes comprobar la tensión de la hoja
e) procurar que la línea de corte esté siempre visible
f) ejercer la presión sobre la hoja tan solo en la carrera hacia delante
g) hacer de manera que la hoja trabaje en toda su longitud, y con unos 40 o 50 golpes por minuto
h) para cortes profundos insertar la hoja a 90º
•Como prevenir la rotura:
Los dientes de la hoja y aún la misma hoja de sierra, suelen romperse por las siguientes causas:
a) equivocada posición de la hoja
b) excesiva presión de trabajo
c) cambiar bruscamente la dirección de la sierra durante el trabajo
d) excesiva tensión de la hoja en el bastidor o viceversa
•Normas de seguridad para el aserrado
El uso de la sierra de mano es muy sencillo, y absolutamente inofensivo teniendo en cuenta las siguientes advertencias:
a) la rotura de la hoja de sierra puede causar heridas y hematomas en las manos
b) cuando se termina el corte de una pieza conviene sostenerla con la mano izquierda
c) la costumbre de guiar el comienzo del corte con la uña del pulgar izquierdo puede representar un peligro muy serio para ese mismo dedo, si no se sostiene el arco bien firme con la mano derecha
Figura-9. Aserrado Manual
Figura-10. Aserrado por sierra
ESMERILADO
El esmerilado consiste en la eliminación del material, mediante la utilización de partículas de abrasivos fijas, que extraen virutas del material de la muestra. (Véase más adelante).El proceso de extracción de virutas con un grano de abrasivo de aristas vivas provoca el menor grado de deformación de la muestra, proporcionando simultáneamente la tasa más alta de eliminación de material.
El pulido utiliza básicamente el mismo mecanismo que el esmerilado, véase más adelante. El proceso de esmerilado El esmerilado (pulido) requiere ciertas condiciones:
•ESMERILADO PLANO
Para obtener una elevada velocidad de eliminación de material, es preferible utilizar gránulos de abrasivo totalmente fijos, con un tamaño de grano relativamente alto. Para el esmerilado plano se utilizan superficies del tipo MD-Primo o MD-Piano. Dichas superficies permiten conseguir unas muestras perfectamente planas, rediciéndose así el tiempo de preparación durante el siguiente paso de esmerilado fino.
Además, las superficies del tipo MD- Primo y MD- Piano permiten un elevado grado de conservación de los bordes. Las superficies del tipo MD-Primo contienen SIC y se utilizan para el esmerilado de materiales blandos de una dureza inferior a 150 HV. Las superficies del tipo MD-Piano contienen diamantes y se utilizan para materiales de una dureza de 150 HV o superior.
•ESMERILADO FINO
Utilizando tamaños de grano de 15, 9 y 6 um, se consigue una elevada velocidad de eliminación del material de la superficie de la muestra. Ello se consigue con los discos de esmerilado fino del tipo MD-Largo o MD-Allegro, o con “paños” duros de escasa elasticidad, del tipo MD-Plan, MD-Pan y MD-Dur. Los discos MD-Largo y MD-Allegro son discos compuestos duros con una superficie de un material compuesto especial que permite que los gránulos de diamante, que son suministrados de forma continua, queden incrustados en la superficie del disco, proporcionando un efecto de esmerilado fino.
•PULIDO CON DIAMANTE
Durante el pulido, es deseable un tamaño de las virutas más pequeñas, para poder conseguir en último término unas superficies de las muestras libres de rayas y deformaciones. Para ello se utiliza paños más elásticos, del tipo MD-Mol o MD-Nap, junto con tamaños de grano más pequeños, tales como 3 o 1 um, para conseguir un tamaño de las virutas próximo a cero. La aplicación de una fuerza menor sobre las muestras también reducirá el tamaño de las virutas extraídas durante el proceso de pulido.
Figura-11. Esmerilado
Figura-12. Esmeriladora CNC
Figura-13. Desprendimiento de viruta
Taladrado
El principio de la operación es perforar o hacer un agujero en una pieza de cualquier material. En el taladrado se producen virutas en grandes cantidades que deben manejarse con seguridad, lo más importante es familiarizarse con el funcionamiento y las partes principales. Por la gran potencia que ejercen los taladros, tienen que emplearse dispositivos especiales para la sujeción de la pieza de trabajo.
Al taladrar metales se produce una fricción muy grande y por esta razón es recomendable refrigerar con taladrina (al igual que en la fresadora). Este es un líquido refrigerante compuesto de agua, aceite, antioxidantes y antiespumantes, entre otros
•Medidas de seguridad
Los hábitos de trabajo deficientes producen muchas lesiones: las virutas que saltan hacia los ojos sin protección, lo pesado de las herramientas, las partes que caen desde la mesa del taladro sobre los pies, las resbaladas sobre pisos aceitosos y el atoramiento del cabello o de la ropa en una broca en movimiento, son todos los riesgos que pueden evitarse mediante hábitos seguros de trabajo.
Tipos de taladros
Existen diferentes tipos de taladros:
oTaladros de banco: Es el más sencillo y común, el dispositivo del avance manual de la herramienta es el que permite al operario sentir el efecto del corte en la pieza a trabajar.
oTaladros de pedestal: Se diferencia del taladro de banco en que se utiliza para trabajo pesado, permite hacer agujeros más grandes y colocar piezas más grandes en su mesa.
oTaladro con husillos múltiples: Este taladro está equipado con una cabeza taladradora. Esta tiene varios husillos que se pueden ubicar para taladrar cierto número de agujeros en un lugar preciso de la pieza y al mismo tiempo.
oTaladro múltiple: Es una serie de husillos colocados en una mesa larga y común. Está dedicada a la producción en serie y realiza operaciones secuenciales sobre una pieza ya que va avanzando de operación en operación a través de todos los husillos. En cada uno de estos husillos se hace una operación diferente, pero sobre la misma pieza.
oMáquinas taladradoras a CNC: Con la introducción del uso de métodos numéricos en las maquinas herramientas, ayudo a aumentar la precisión de las piezas fabricadas, y aumento la eficiencia. Un operario se encarga de ingresar los datos e indicaciones deseadas y la computadora interna se encarga de materializar dichas órdenes. En la actualidad, el sistema CNC se implementó en los diversos tipos de taladros.
Cepillado
Proceso para producir superficies planas por medio de una herramienta de corte de un solo filo.
•Definición del Equipo
La máquina herramienta para cepillado se llama cepillo. La velocidad de corte se logra por medio de un mes de trabajo oscilante que mueve la parte posterior de una herramienta de corte de punta sencilla
•Clasificación del equipo
oCepillos de mesa abiertos lateralmente
oCepillos de doble columna
•Herramienta
La herramienta de corte usada en el cepillado son herramientas de punta sencilla
•Clasificación de la Herramienta
oCarril transversal
oCabeza de la herramienta
oMesa de trabajo
oColumna
oBase
•Operaciones Relacionadas con el Cepillado
El cepillado se puede usar para maquinar otras superficies diferentes a las planas. La restricción es que las superficies deben ser rectas.
Figura-16. Maquina Cepillado CNC
Torneado
Se denomina torno a un conjunto de máquinas y herramientas que permiten mecanizar, roscar, cortar, trapeciar, agujerear, cilindrar y ranurar piezas de forma geométrica por medio de revoluciones. Este tipo de máquinas operan haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el cabezal o fijada entre los puntos de centraje) mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta.
Los materiales con los que se pueden mecanizar piezas en los tornos pueden ser muy diversos, desde el acero y el hierro de función entre los de mayor dureza, el bronce y el latón, más blandos, alcanzando a tornear hasta los más plásticos como el nylon y el grilón.
Tipos de tornos
Actualmente se utilizan en la industria del mecanizado varios tipos de tornos, cuya aplicación depende de la cantidad de piezas a mecanizar por serie, de la complejidad de las piezas y de la dureza de las piezas.
•Torno paralelo
El torno paralelo o mecánico es el tipo de torno que evolucionó partiendo de los tornos antiguos cuando se le fueron incorporando nuevos equipamientos que lograron convertirlo en una de las máquinas herramientas más importante que han existido. Sin embargo, en la actualidad este tipo de torno está quedando relegado a realizar tareas poco importantes, a utilizarse en los talleres de aprendices y en los talleres de mantenimiento para realizar trabajos puntuales o especiales.
•Torno copiador
Se llama torno copiador a un tipo de torno que operando con un dispositivo hidráulico y electrónico permite el torneado de piezas de acuerdo a las características de la misma siguiendo el perfil de una plantilla que reproduce una réplica igual a la guía.
Este tipo de tornos se utiliza para el torneado de aquellas piezas que tienen diferentes escalones de diámetros, que han sido previamente forjadas o fundidas y que tienen poco material excedente. También son muy utilizados estos tornos en el trabajo de la madera y del mármol artístico para dar forma a las columnas embellecedoras.
•Torno revólver
El torno revólver es una variedad de torno diseñado para mecanizar piezas sobre las que sea posible el trabajo simultáneo de varias herramientas con el fin de disminuir el tiempo total de mecanizado. Las piezas que presentan esa condición son aquellas que, partiendo de barras, tienen una forma final de casquillo o similar. Una vez que la barra queda bien sujeta mediante pinzas o con un plato de garras, se va taladrando, mandrinando, roscando o escariando la parte interior mecanizada y a la vez se puede ir cilindrando, refrentando, ranurando, roscando y cortando con herramientas de torneado exterior.
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•Torno automático
Se llama torno automático a un tipo de torno cuyo proceso de trabajo está enteramente automatizado. La alimentación de la barra necesaria para cada pieza se hace también de forma automática, a partir de una barra larga que se inserta por un tubo que tiene el cabezal y se sujeta mediante pinzas de apriete hidráulico.
La puesta a punto de estos tornos es muy laboriosa y por eso se utilizan principalmente para grandes series de producción. El movimiento de todas las herramientas está automatizado por un sistema de excéntricas y reguladores electrónicos que regulan el ciclo y los topes de final de carrera.
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•Torno vertical
El torno vertical es una variedad de torno, de eje vertical, diseñado para mecanizar piezas de gran tamaño, que van sujetas al plato de garras u otros operadores y que por sus dimensiones o peso harían difícil su fijación en un torno horizontal.
Los tornos verticales no tienen contrapunto sino que el único punto de sujeción de las piezas es el plato horizontal sobre el cual van apoyadas.
•Torno CNC
El torno CNC es un torno dirigido por control numérico por computadora.
Ofrece una gran capacidad de producción y precisión en el mecanizado por su estructura funcional y la trayectoria de la herramienta de torneado es controlada por un ordenador que lleva incorporado, el cual procesa las órdenes de ejecución contenidas en un software que previamente ha confeccionado un programador conocedor de la tecnología de mecanizado en torno. Es una máquina que resulta rentable para el mecanizado de grandes series de piezas sencillas, sobre todo piezas de revolución, y permite mecanizar con precisión superficies curvas coordinando los movimientos axial y radial para el avance de la herramienta.
La velocidad de giro de cabezal porta piezas, el avance de los carros longitudinal y transversal y las cotas de ejecución de la pieza están programadas y, por tanto, exentas de fallos imputables al operario de la máquina.
Figura-17. Torno de Control Numérico
Figura-18. Objetos maquinados con Torno de control numérico