Mecanizado - Machining

Nueva Guinea en 1943. Camión de taller mecánico móvil del ejército de los EE. UU. Con maquinistas que trabajan en piezas de automóviles

El mecanizado es un proceso en el que un material (a menudo metal) se corta a la forma y el tamaño finales deseados mediante un proceso de eliminación de material controlado. Los procesos que tienen este tema común se denominan colectivamente fabricación sustractiva , en contraste con la fabricación aditiva , que utiliza la adición controlada de material. Exactamente lo que implica la parte "controlada" de la definición puede variar, pero normalmente implica el uso de máquinas herramienta .

El mecanizado es parte de la fabricación de muchos productos metálicos , pero también se puede utilizar en otros materiales como madera , plástico , cerámica y material compuesto . Una persona que se especializa en mecanizado se llama maquinista . Una habitación, edificio o empresa donde se realiza el mecanizado se denomina taller de maquinaria . Gran parte del mecanizado moderno se lleva a cabo mediante control numérico por computadora (CNC), en el que se utilizan computadoras para controlar el movimiento y el funcionamiento de los molinos, tornos y otras máquinas de corte. Esto aumenta la eficiencia, ya que la máquina CNC funciona sin personal, lo que reduce los costos de mano de obra para los talleres mecánicos.

Historia y terminología

El significado preciso del término mecanizado ha evolucionado durante el último siglo y medio a medida que avanzaba la tecnología. En el siglo XVIII, la palabra maquinista significaba simplemente una persona que construía o reparaba máquinas . El trabajo de esta persona se hacía mayoritariamente a mano, utilizando procesos como el tallado en madera y el forjado y limado a mano del metal. En ese momento, los fabricantes de molinos y los constructores de nuevos tipos de motores (es decir, más o menos, máquinas de cualquier tipo), como James Watt o John Wilkinson , encajarían en la definición. El sustantivo máquina herramienta y el verbo a máquina ( mecanizado, mecanizado aún no existían).

A mediados del siglo XX, estas últimas palabras se acuñaron a medida que los conceptos que describían evolucionaron hacia una existencia generalizada. Por lo tanto, durante la era de las máquinas , el mecanizado se refería (lo que hoy podríamos llamar) a los procesos de mecanizado "tradicionales", como torneado , mandrinado , taladrado , fresado , brochado , aserrado , conformado , cepillado , escariado y roscado . En estos procesos de mecanizado "tradicionales" o "convencionales" , se utilizan máquinas herramienta , como tornos , fresadoras , taladradoras u otras, con una herramienta de corte afilada para eliminar material y lograr la geometría deseada.

Desde el advenimiento de nuevas tecnologías en la época de la Segunda Guerra post-Mundial, tales como mecanizado eléctrica de descarga , mecanizado electroquímico , mecanizado por haz de electrones , mecanizado fotoquímico , y mecanizado ultrasónico , el retronym "mecanizado convencional" se puede utilizar para diferenciar las tecnologías clásicas de los más nuevos. En el uso actual, el término "mecanizado" sin calificación generalmente implica los procesos de mecanizado tradicionales.

En las décadas de 2000 y 2010, a medida que la fabricación aditiva (AM) evolucionó más allá de su laboratorio anterior y los contextos de creación rápida de prototipos y comenzó a volverse común en todas las fases de la fabricación, el término fabricación sustractiva se volvió común de forma retrónima en contraste lógico con AM, cubriendo esencialmente cualquier proceso de remoción también cubierto previamente por el término mecanizado . Los dos términos son efectivamente sinónimos , aunque continúa el uso establecido desde hace mucho tiempo del término mecanizado . Esto es comparable a la idea de que el verbo sentido de contacto evolucionó debido a la proliferación de formas de contactar a alguien (teléfono, correo electrónico, mensajería instantánea, SMS, etc.) pero no reemplazó por completo los términos anteriores como llamar , hablar con , o escribir a .

Operaciones de mecanizado

Los tres principales procesos de mecanizado se clasifican en torneado , taladrado y fresado . Otras operaciones que se clasifican en diversas categorías incluyen dar forma, cepillar, taladrar, brochar y aserrar.

  • Las operaciones de torneado son operaciones que hacen girar la pieza de trabajo como método principal para mover el metal contra la herramienta de corte. Los tornos son la principal máquina herramienta utilizada en el torneado.
  • Las operaciones de fresado son operaciones en las que la herramienta de corte gira para hacer que los bordes de corte se apoyen contra la pieza de trabajo. Las fresadoras son la principal máquina herramienta empleada en el fresado.
  • Las operaciones de perforación son operaciones en las que se producen o perfeccionan agujeros poniendo en contacto un cortador giratorio con bordes cortantes en la extremidad inferior con la pieza de trabajo. Las operaciones de perforación se realizan principalmente en prensas de perforación, pero a veces en tornos o molinos.
  • Las operaciones misceláneas son operaciones que estrictamente hablando pueden no ser operaciones de mecanizado en el sentido de que pueden no ser operaciones de producción de virutas , pero estas operaciones se realizan en una máquina herramienta típica. El bruñido es un ejemplo de operación miscelánea. El bruñido no produce virutas, pero se puede realizar en un torno, molino o taladradora.

Una pieza de trabajo sin terminar que requiera mecanizado deberá tener algo de material cortado para crear un producto terminado. Un producto terminado sería una pieza de trabajo que cumple con las especificaciones establecidas para esa pieza de trabajo mediante dibujos o planos de ingeniería . Por ejemplo, se puede requerir que una pieza de trabajo tenga un diámetro exterior específico. Un torno es una máquina herramienta que se puede utilizar para crear ese diámetro girando una pieza de trabajo de metal, de modo que una herramienta de corte pueda cortar el metal, creando una superficie lisa y redonda que coincida con el diámetro y el acabado de la superficie requeridos. Se puede utilizar un taladro para quitar metal en forma de agujero cilíndrico. Otras herramientas que pueden usarse para varios tipos de remoción de metal son las fresadoras, sierras y rectificadoras . Muchas de estas mismas técnicas se utilizan en la carpintería .

Las técnicas de mecanizado avanzadas más recientes incluyen mecanizado CNC de precisión , mecanizado por descarga eléctrica (EDM), mecanizado electroquímico (ECM), corte por láser o corte por chorro de agua para dar forma a piezas de metal.

Como empresa comercial, el mecanizado se realiza generalmente en un taller mecánico , que consta de uno o más talleres que contienen las principales máquinas herramienta. Aunque un taller de máquinas puede ser una operación independiente, muchas empresas mantienen talleres de máquinas internos que respaldan las necesidades especializadas de la empresa.

El mecanizado requiere atención a muchos detalles para que una pieza de trabajo cumpla con las especificaciones establecidas en los planos o planos de ingeniería. Además de los problemas obvios relacionados con las dimensiones correctas, existe el problema de lograr el acabado correcto o la suavidad de la superficie de la pieza de trabajo. El acabado inferior que se encuentra en la superficie maquinada de una pieza de trabajo puede ser causado por una sujeción incorrecta , una herramienta desafilada o una presentación inadecuada de una herramienta. Con frecuencia, este acabado superficial deficiente, conocido como vibración, es evidente por un acabado ondulado o irregular y la aparición de ondas en las superficies mecanizadas de la pieza de trabajo.

Proceso de mecanizado básico.

Resumen de la tecnología de mecanizado

El mecanizado es cualquier proceso en el que se utiliza una herramienta de corte para eliminar pequeñas virutas de material de la pieza de trabajo (la pieza de trabajo a menudo se denomina "trabajo"). Para realizar la operación, se requiere un movimiento relativo entre la herramienta y el trabajo. Este movimiento relativo se logra en la mayoría de las operaciones de mecanizado por medio de un movimiento primario, llamado "velocidad de corte" y un movimiento secundario llamado "avance". La forma de la herramienta y su penetración en la superficie de trabajo, combinada con estos movimientos, producen la forma deseada de la superficie de trabajo resultante.

Operaciones de mecanizado

Hay muchos tipos de operaciones de mecanizado, cada una de las cuales es capaz de generar una determinada geometría de pieza y textura de superficie.

Al tornear , se usa una herramienta de corte con un solo filo para quitar material de una pieza de trabajo giratoria para generar una forma cilíndrica. El movimiento principal se proporciona girando la pieza de trabajo, y el movimiento de avance se logra moviendo la herramienta de corte lentamente en una dirección paralela al eje de rotación de la pieza de trabajo.

La perforación se utiliza para crear un agujero redondo. Se logra mediante una herramienta giratoria que normalmente tiene dos o cuatro filos de corte helicoidales. La herramienta se alimenta en una dirección paralela a su eje de rotación en la pieza de trabajo para formar el agujero redondo.

En el taladrado , se avanza una herramienta con una sola punta de punta doblada en un orificio toscamente hecho en una pieza de trabajo giratoria para agrandar ligeramente el orificio y mejorar su precisión. Es una operación de acabado fino que se utiliza en las etapas finales de la fabricación del producto.

El escariado es una de las operaciones de dimensionamiento que elimina una pequeña cantidad de metal de un orificio ya perforado.

En el fresado , una herramienta giratoria con múltiples filos de corte se mueve lentamente en relación con el material para generar una superficie plana o recta. La dirección del movimiento de avance es perpendicular al eje de rotación de la herramienta. El movimiento de velocidad lo proporciona la fresa giratoria. Las dos formas básicas de fresado son:

  • Fresado periférico
  • Fresado frontal.

Otras operaciones de mecanizado convencionales incluyen dar forma, cepillar, brochar y aserrar. Además, las operaciones de rectificado y abrasivos similares a menudo se incluyen dentro de la categoría de mecanizado.

Herramienta para cortar

Un "maquinista de celda de mecanizado de control numérico" supervisa la fabricación de una pieza de avión B-1B .

Una herramienta de corte tiene uno o más bordes cortantes afilados y está hecha de un material que es más duro que el material de trabajo. El filo sirve para separar la viruta del material de trabajo principal. Conectadas al filo están las dos superficies de la herramienta:

  • La cara de rastrillo; y
  • El flanco.

La cara de desprendimiento que dirige el flujo de viruta recién formada, está orientada en un cierto ángulo se denomina ángulo de desprendimiento "α". Se mide con relación al plano perpendicular a la superficie de trabajo. El ángulo de ataque puede ser positivo o negativo. El flanco de la herramienta proporciona un espacio libre entre la herramienta y la superficie de trabajo recién formada, protegiendo así la superficie de la abrasión, que degradaría el acabado. Este ángulo entre la superficie de trabajo y la superficie del flanco se denomina ángulo de relieve. Hay dos tipos básicos de herramientas de corte:

  • Herramienta de un solo punto; y
  • Herramienta de múltiples filos

Una herramienta de un solo punto tiene un filo y se utiliza para tornear, taladrar y cepillar. Durante el mecanizado, la punta de la herramienta penetra por debajo de la superficie de trabajo original de la pieza de trabajo. El punto a veces se redondea a un cierto radio, llamado radio de la nariz.

Las herramientas de múltiples filos tienen más de un filo y, por lo general, logran su movimiento en relación con la pieza de trabajo mediante rotación. La perforación y el fresado utilizan herramientas rotativas de múltiples filos. Aunque las formas de estas herramientas son diferentes a las de una herramienta de un solo punto, muchos elementos de la geometría de la herramienta son similares.

Condiciones de corte

Se requiere un movimiento relativo entre la herramienta y el trabajo para realizar una operación de mecanizado. El movimiento principal se realiza a una determinada velocidad de corte . Además, la herramienta debe moverse lateralmente a través del trabajo. Este es un movimiento mucho más lento, llamado avance. La dimensión restante del corte es la penetración de la herramienta de corte debajo de la superficie de trabajo original, llamada profundidad de corte. En conjunto, la velocidad, el avance y la profundidad de corte se denominan condiciones de corte. Forman las tres dimensiones del proceso de mecanizado, y para determinadas operaciones, su producto puede utilizarse para obtener la tasa de remoción de material para el proceso:

dónde

  • - la tasa de remoción de material en mm 3 / s , ( en 3 / s ),
  • - la velocidad de corte en mm / s , ( in / min ),
  • - el avance en mm , ( in ),
  • - la profundidad de corte en mm , ( in ).
Nota: Todas las unidades deben convertirse a las unidades decimales (o USCU ) correspondientes.

Etapas en corte de metales

Las operaciones de mecanizado generalmente se dividen en dos categorías, que se distinguen por el propósito y las condiciones de corte :

  • Cortes de desbaste
  • Cortes de acabado

Los cortes de desbaste se utilizan para eliminar una gran cantidad de material de la pieza de trabajo inicial lo más rápido posible, es decir, con una gran tasa de eliminación de material (MRR), con el fin de producir una forma cercana a la forma deseada, pero dejando algo de material en la pieza para una operación de acabado posterior. Los cortes de acabado se utilizan para completar la pieza y lograr la dimensión final, las tolerancias y el acabado de la superficie. En los trabajos de mecanizado de producción, generalmente se realizan uno o más cortes de desbaste en el trabajo, seguidos de uno o dos cortes de acabado. Las operaciones de desbaste se realizan a grandes avances y profundidades: los avances de 0,4-1,25 mm / rev (0,015-0,050 in / rev) y profundidades de 2,5-20 mm (0,100-0,750 in) son típicos, pero los valores reales dependen de los materiales de la pieza de trabajo . Las operaciones de acabado se llevan a cabo a avances y profundidades bajas; los avances de 0.0125–0.04 mm / rev (0.0005–0.0015 in / rev) y profundidades de 0.75–2.0 mm (0.030–0.075 in) son típicos. Las velocidades de corte son menores en el desbaste que en el acabado.

A menudo se aplica un fluido de corte a la operación de mecanizado para enfriar y lubricar la herramienta de corte. Determinar si se debe utilizar un fluido de corte y, de ser así, elegir el fluido de corte adecuado, generalmente se incluye dentro del alcance de la condición de corte.

Hoy en día, otras formas de corte de metales son cada vez más populares. Un ejemplo de esto es el corte por chorro de agua. El corte por chorro de agua implica agua a presión en exceso de 620 MPa (90 000 psi) y es capaz de cortar metal y tener un producto terminado. Este proceso se llama corte en frío, que elimina el daño causado por una zona afectada por el calor, a diferencia del corte por láser y plasma .

Relación de técnicas sustractivas y aditivas

Con la reciente proliferación de tecnologías de fabricación aditiva , el mecanizado convencional se ha clasificado de forma retrónima , en el pensamiento y el lenguaje, como un método de fabricación sustractiva . En contextos estrechos, los métodos aditivos y sustractivos pueden competir entre sí. En el contexto amplio de industrias enteras, su relación es complementaria. Cada método tiene sus propias ventajas sobre el otro. Si bien los métodos de fabricación aditiva pueden producir diseños de prototipos muy intrincados imposibles de replicar mediante el mecanizado, la resistencia y la selección de materiales pueden ser limitadas.

Ver también

Referencias

Bibliografía

Otras lecturas

  • Groover, Mikell P. (2007), "Teoría del mecanizado de metales", Fundamentos de la fabricación moderna (3ª ed.), John Wiley & Sons, Inc., págs. 491–504, ISBN 0-471-74485-9
  • Oberg, Erik; Jones, Franklin D .; McCauley, Christopher J .; Heald, Ricardo M. (2004), Manual de maquinaria (27a ed.), Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2700-8.
  • "Prácticas de máquinas herramienta", 6ª edición, de RR; Kibbe, JE; Neely, RO; Meyer & WT; White, ISBN  0-13-270232-0 , segunda impresión, copyright 1999, 1995, 1991, 1987, 1982 y 1979 de Prentice Hall.

enlaces externos