Maquinado

Maquinado de metales.

MEs. Ing. Sergio R. Quiñones

En la manufactura de partes mecánicas se aplican gran variedad de principios y técnicas de ingeniería para la conformación de la pieza de trabajo. Se aplican procesos de unión, conformado, moldeado, colada y corte (maquinado). El proceso de desbastar un material con una herramienta de corte para darle la forma según especificaciones, se le llama “maquinado”. Los procesos de maquinado remueven el material con la formación de virutas y con esto se logra la separación del material indeseado. La eliminación de parte del material conforme a dimensiones y forma geométrica específica, deja como producto final la pieza que se desea fabricar.

Además del maquinado con arranque de virutas, hay otros como los métodos que también consisten en remover el material de la pieza, por ejemplo; el rayo láser, electro-erosión y por métodos electro-químicos, los cuales no son estudiados en esta sección.

La necesidad de especificar con detalle las condiciones del maquinado de partes metálicas, para darles las características geométricas y dimensionales adecuadas para el desempeño de una función, se presenta con frecuencia en el diseño de los procesos de manufactura. De hecho este es uno de los procesos que ha desplegado mayor avance con la aplicación de tecnologías de punta, tanto en el ámbito de los materiales de trabajo y de las herramientas, como en las máquinas y el control de los parámetros por medios electrónicos, razón por la cual las máquinas herramienta son las que han tenido mayor evolución en comparación a como se encontraba esta tecnología a principios de siglo XX.

Los principios que impulsan el desarrollo tecnológico en general y que se aplican en forma sistemática en los problemas de maquinado, se extienden casi universalmente a todos los procesos. Consisten en lograr condiciones de manufactura cada vez en menor tiempo, a menor costo y mayor confiabilidad. Estos principios son tan vigentes en la actualidad como lo fueron a fines del siglo XIX, cuando empezaron a aplicarse para la optimización de dichas operaciones. Por lo tanto, no es aventurado decir que estos principios permanecerán vigentes en gran medida durante el siglo XXI y posiblemente más allá.

Maquinabilidad.

A la facilidad con la cual puede removerse un material por fresado, cepillado, tor-neado, taladrado, aserrado, rectificado, roscado, brochado, y esmerilado, se la llama “maquinabilidad” que significa facilidad de maquinado. Además de la facili-dad para la remoción del material, la calidad de la superficie resultante, y la dura-ción de la herramienta de corte son de primordial importancia en el concepto de maquinabilidad. Hay muchos factores que influyen en el acabado de la superficie, la duración de la herramienta y la facilidad para remover el material.

Factores que influyen en la maquinabilidad.

Los factores que mayormente influyen en la maquinabilidad además de otros, se clasifican en función del tipo de material, el diseño y tipo de la herramienta y la lubricación. Con respecto al material se consideran sus propiedades físicas, su estructura interna y el tratamiento térmico de la pieza de trabajo. Las propiedades mecánicas que influyen sobre la maquinabilidad son la dureza, la resistencia a la tensión y a la compresión.

Los materiales blandos producen considerable fricción por el arrastre que se produce con la herramienta, lo cual genera calor y reduce su duración, propiciando además mala calidad superficial de la pieza trabajada. Con materiales un poco más duros o medianamente duros, se reduce el calor, se tiene un mejor acabado y dura más la herramienta. En materiales de alta dureza, se reduce la facilidad de maquinado debido al desgaste abrasivo que sufre la herramienta.

Tanto la estructura del grano del material, así como la presencia de inclusiones abrasivas y las aleaciones, originan la facilidad o dificultad de maquinado (maquinabilidad). Una micro-estructura uniforme, pequeñas cantidades de elementos de aleación como el azufre, manganeso, y carbono, mejoran la facilidad de trabajo de ciertos aceros, pero pequeñas cantidades de abrasivos o inclusiones, una estructura granular gruesa y contenidos muy altos de aleación, dificultan el maquinado. Asimismo los contenidos de carbono muy bajos (0.03%) o muy altos (>0.70%), pueden dificultar el maquinado del acero.

El tratamiento térmico del material de trabajo es un factor importante a considerar, pues influye directamente en la maquinabilidad. El trabajo previo en caliente del acero de mediano y bajo carbono, tiende a aumentar la facilidad de maquinado. El recocido y la normalización de los metales que han sido endurecidos por trabajo mecánico, mejoran su maquinabilidad. El diseño de las herramientas de corte así como el material del que están hechas, influyen de forma directa en la maquinabilidad.

Conceptos fundamentales.

La remoción del material implica la formación de virutas las cuales se desechan de la pieza trabajada hasta lograr la forma y dimensiones del producto. Cuando la herramienta se desplaza por la pieza de trabajo, se genera una falla del material por esfuerzo de corte lo cual produce la viruta.

En la figura 1, se ilustra el principio del corte del material. La herramienta se desplaza introdu-cida en el material con una velocidad Vo, ejerciendo una fuerza de acción cortante FC y ejerciendo una fuerza de penetración FF.

Estas últimas fuerzas hacen que se comprima el material que se encuentra delante de la herramienta, Por debajo de la zona de compresión de la rebaba se encuentra en condiciones de deformación plástica en una sección denominada zona de corte o de cizallado (falla por corte). La fractura del material se presenta en la sección de corte la cual está ubicada a un ángulo φ aproximado de 45ª. La viruta formada se desplaza hacia arriba al desprenderse del resto del material y al chocar contra la cara de la herramienta. La fuerza de la acción cortante comprime el material que forma la viruta y por debajo de la herramienta en la superficie de la pieza de trabajo.

Los materiales dúctiles tienen menor resistencia a la defor-mación y a la fractura. Los materiales con baja resis-tencia a la deformación plástica producen una viruta continua. Los materiales quebradizos como el hierro gris, tienen alta resistencia a la deformación y producen virutas pequeñas y segmentadas que se fracturan o seccionan con facilidad.

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