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LABORATORIO #3 PROCESOS DE MANUFACTURA I 2014
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Contenido
I. Introducción
II. Marco teórico
III. Experiencia en el laboratorio
IV. Datos
V. Conclusiones
VI. Bibliografía
VII. Anexos
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Universidad Nacional Mayor de
San Marcos Facultad de
Ingeniería Industrial
Procesos de Manufactura
I. INTRODUCCIÓN
Los procesos de manufactura son la forma de transformar la materia
prima que hallamos, para darle un uso práctico en nuestra sociedad y así
disfrutar la vida con mayor comodidad.
Con el rápido desarrollo de nuevos materiales, los procesos de fabricación
se están haciendo cada vez más complejos, de ahí nace la importancia de
conocer los diversos procesos de manufactura mediante los cuales
pueden procesarse los materiales. La industria requiere actualmente de
tales conocimientos y es por eso que el presente trabajo pretende que
los alumnos como nosotros apliquen los conocimientos adquiridos en la
materia de Manufactura Industrial.
El torneado es una operación con arranque de viruta que permite la
elaboración de piezas cilíndricas, cónicas y esféricas, mediante el
movimiento uniforme de rotación alrededor del eje fijo de la pieza. En las
siguientes páginas se encontrará la secuencia de operación para el
maquinado de la pieza y el dibujo de la misma, la descripción de la
maquinaria y materia prima utilizadas.
Es de gran importancia que el futuro profesional ingeniero industrial
tenga conocimiento de los procesos de manufactura de mayor
aplicación para la fabricación de piezas y materiales, así como de los
procesos industriales básicos, ya que con la numerosa incorporación de
empresas pequeñas y medianas basadas en procesos de manufactura y
la incorporación de tecnología de punta para mantener o aumentar sus
índices de competitividad se hace necesario que los conocimientos
adquiridos en el salón de clases sean llevados a la práctica con la
elaboración de trabajos como éste.
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II. MARCO TEÓRICO
MECANIZADO
El mecanizado es un proceso de fabricación que comprende un conjunto
de operaciones de conformación de piezas mediante la eliminación de
material, ya sea por arranque de viruta o por abrasión. Se realiza a
partir de productos semielaborados como lingotes, tochos u otras piezas
previamente conformadas por otros procesos como moldeo o forja. Los
productos obtenidos pueden ser finales o semielaborados que requieran
operaciones posteriores.
MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA
El material es arrancado o cortado con
una herramienta dando lugar a un
desperdicio o viruta. La herramienta
consta, generalmente, de uno o varios
filos o cuchillas que separan la viruta
de la pieza en cada pasada. En el
mecanizado por arranque de viruta se
dan procesos de desbaste (eliminación
de mucho material con poca precisión;
proceso intermedio) y de acabado
(eliminación de poco material con
mucha precisión; proceso final cuyo objetivo es el de dar el acabado
superficial que se requiera a las distintas superficies de la pieza). Sin
embargo, tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el material
que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la
herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y
no se llega a extraer viruta.
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TORNO
Se denomina torno a un conjunto de máquinas y herramientas que
permiten mecanizar piezas de forma geométrica de revolución. Estas
máquinas-herramienta 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 de acuerdo con las
condiciones tecnológicas de mecanizado adecuadas. Desde el inicio de la
Revolución industrial, el torno se ha convertido en una máquina básica en el
proceso industrial de mecanizado.
La herramienta de corte va montada sobre un carro que se desplaza
sobre unas guías o rieles paralelos al eje de giro de la pieza que se
tornea, llamado eje Z; sobre este carro hay otro que se mueve según el
eje X, en dirección radial a la pieza que se tornea, y puede haber un
tercer carro llamado charriot que se puede inclinar, para hacer conos, y
donde se apoya la torreta portaherramientas.
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MOVIMIENTOS DE TRABAJO EN LA OPERACIÓN DEL TORNEADO
Movimiento de corte
Por lo general se imparte a la pieza que gira rotacionalmente sobre su
eje principal. Este movimiento lo imprime un motor eléctrico que
transmite su giro al husillo principal mediante un sistema de poleas o
engranajes. El husillo principal tiene acoplado a su extremo distintos
sistemas de sujeción (platos de garras, pinzas, mandrinos auxiliares u
otros), los cuales sujetan la pieza a mecanizar. Los tornos tradicionales
tienen una gama fija de velocidades de giro, sin embargo los tornos
modernos de Control Numérico la velocidad de giro del cabezal es variable
y programable y se adapta a las condiciones óptimas que el mecanizado
permite.
Movimiento de avance
Es el movimiento de la herramienta de corte en la dirección del eje de la
pieza que se está trabajando. En combinación con el giro impartido al
husillo, determina el espacio recorrido por la herramienta por cada
vuelta que da la pieza. Este movimiento también puede no ser paralelo al
eje, produciéndose así conos. En ese caso se gira el carro charriot,
ajustando en una escala graduada el ángulo requerido, que será la mitad de
la conicidad deseada. Los tornos convencionales tienen una gama fija de
avances, mientras que los tornos de Control Numérico los avances son
programables de acuerdo a las condiciones óptimas de mecanizado y los
desplazamientos en vacío se realizan a gran velocidad.
Profundidad de pasada
M ovimiento de la herramienta de corte que determina la profundidad de
material arrancado en cada pasada. La cantidad de material factible de
ser arrancada depende del perfil del útil de corte usado, el tipo de
material mecanizado, la velocidad de corte, potencia de la máquina,
avance, etc.
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Nonios de los carros
Para regular el trabajo de torneado los carros del torno llevan incorporado
unos nonios en forma de tambor graduado, donde cada división indica el
desplazamiento que tiene el carro, ya sea el longitudinal, el transversal o el
charriot. La medida se va conformando de forma manual por el operador
de la máquina por lo que se requiere que sea una persona muy experta
quien lo manipule si se trata de conseguir dimensiones con tolerancias
muy estrechas. Los tornos de control numérico ya no llevan nonios sino
que las dimensiones de la pieza se introducen en el programa y estas
se consiguen automáticamente.
OPERACIONES DE TORNEADO
Cilindrado
Esta operación consiste en el
mecanizado exterior o interior al que se someten
las piezas que tienen mecanizados cilíndricos.
Para poder efectuar esta operación, con el carro
transversal se regula la profundidad de pasada y,
por tanto, el diámetro del cilindro, y con el
carro paralelo se regula la longitud del cilindro.
El carro paralelo avanza de forma automática de
acuerdo al avance de trabajo deseado. En este
procedimiento, el acabado superficial y la tolerancia que se obtenga puede
ser un factor de gran relevancia. Para asegurar calidad al cilindrado el
torno tiene que tener bien ajustada su alineación y concentricidad.
El cilindrado se puede hacer con la pieza al aire sujeta en el plato de
garras, si es corta, o con la pieza sujeta entre puntos y un perro de
arrastre, o apoyada en luneta fija o móvil si la pieza es de grandes
dimensiones y peso. Para realizar el cilindrado de piezas o ejes sujetos
entre puntos, es necesario previamente realizar los puntos de contraje en
los ejes.
Cuando el cilindrado se realiza en el hueco de la pieza se llama mandrinado.
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Refrentado
La operación de refrentado consiste en un
mecanizado frontal y perpendicular al eje de las
piezas que se realiza para producir un buen
acoplamiento en el montaje posterior de las
piezas torneadas. La problemática que tiene el
refrentado es que la velocidad de corte en el filo
de la herramienta va disminuyendo a medida
que avanza hacia el centro, lo que ralentiza la
operación. Para mejorar este aspecto muchos tornos modernos
incorporan variadores de velocidad en el cabezal de tal forma que se
puede ir aumentando la velocidad de giro de la pieza.
Ranurado
El ranurado consiste en mecanizar unas ranuras cilíndricas de anchura y
profundidad variable en las piezas que se tornean, las cuales tienen muchas
utilidades diferentes. Por ejemplo, para alojar una junta tórica, para
salida de rosca, para arandelas de presión, etc. En este caso la
herramienta tiene ya conformado el ancho de la ranura y actuando con el
carro transversal se le da la profundidad deseada. Los canales de las
poleas son un ejemplo claro de ranuras torneadas.
Chaflanado
El chaflanado es una operación de torneado muy común que consiste en
matar los cantos tanto exteriores como interiores para evitar cortes con los
mismos y a su vez facilitar el trabajo y montaje posterior de las piezas. El
chaflanado más común suele ser el de 1mm por 45º. Este chaflán se hace
atacando directamente los cantos con una herramienta adecuada.
Taladrado
Muchas piezas que son torneadas requieren ser taladradas con brocas en
el centro de sus ejes de rotación. Para esta tarea se utilizan brocas
normales, que se sujetan en el contrapunto en un portabrocas o
directamente en el alojamiento del contrapunto si el diámetro es grande.
Las condiciones tecnológicas del taladrado son las normales de
acuerdo a las características del material y tipo de broca que se utilice.
Mención aparte merecen los procesos de taladrado profundo donde el
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proceso ya es muy diferente sobre todo la constitución de la broca que se
utiliza.
No todos los tornos pueden realizar todas estas operaciones que se
indican, sino que eso depende del tipo de torno que se utilice y de los
accesorios o equipamientos que tenga.
Segado o tronzado
Se llama segado a la operación de torneado que
se realiza cuando se trabaja con barra y al
finalizar el mecanizado de la pieza
correspondiente es necesario cortar la barra para
separar la pieza de la misma. Para esta operación
se utilizan herramientas muy estrechas con un
saliente de acuerdo al diámetro que tenga la barra
y permita con el carro transversal llegar al centro de la barra. Es una
operación muy común en tornos revólver y automáticos alimentados con
barra y fabricaciones en serie.
Moleteado
El moleteado es un proceso de conformado en frío del material mediante
unas moletas que presionan la pieza mientras da vueltas. Dicha
deformación produce un incremento del diámetro de partida de la pieza. El
moleteado se realiza en piezas que se tengan que manipular a mano, que
generalmente vayan roscadas para evitar su resbalamiento que tendrían
en caso de que tuviesen la superficie lisa.
El moleteado se realiza en los tornos con unas herramientas que se llaman
moletas, de diferente paso y dibujo.
Un ejemplo de moleteado es el que tienen las monedas de 50 céntimos
de euro, aunque en este caso el moleteado es para que los invidentes
puedan identificar mejor la moneda.
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III. EXPERIENCIA EN EL LABORATORIO
Materiales:
Acero dulce (fierro de construcción)
Torno
Llaves
Vernier
Calculadora
Procedimiento:
Ajustar el fierro de construcción al husillo, y con las llaves ajustarlo
bien.
Pintar con tiza el material de trabajo.
Calcular la velocidad del husillo con la fórmula que se muestra en
la sección “Cálculos”, la Vc es indicado por el docente y el D será el
diámetro del fierro sin mecanizar.
Encender el torno y acercar de a pocos la cuchilla hasta darle
un pequeño toque.
Se comienza a cilindrar la pieza de poco en poco hasta llegar al
diámetro máximo de la pieza que en este caso sería un diámetro de
9 mm.
Una vez cilindrado a 9 mm se procederá a realizar otro cilindrado por
un extremo con un diámetro de 8 mm y una longitud de 10 mm.
Por el otro extremo ya cilindrado a 9 mm se procederá a realizar
otro cilindrado por un extremo con un diámetro de 8 mm y una
longitud de 30 mm.
Luego se calcula el ángulo de conicidad con la formula en la
sección de conicidad de “Datos”, ese ángulo se calibrara en el torno
y pasada a pasada se lograra la conicidad que se requiera.
(
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IV. DATOS
Pieza a mecanizar (Dimensiones)
Modelado de la pieza en 3D
CONICIDAD: El ángulo entre una generatriz de un cono y su eje de
simetría se obtiene mediante la siguiente relación trigonométrica:
𝛂 𝐭𝐚𝐧 𝟏 𝝓𝑴 𝝓𝒎
𝟐𝑳
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V. CONCLUSIONES
Este trabajo fue una aplicación práctica de gran parte de los temas
que hemos aprendido en la clase de Prácticas en la teoría como en
el laboratorio ya que se utilizaron los conocimientos de
mecanizado en torno.
Podemos decir que con la aplicación práctica de estos temas es
suficiente para entender lo que se aprendió en el curso ya que todos
están relacionados y, aunque cada uno tiene sus características,
aprendimos a hacer cálculos respecto a las máquinas y tiempo
empleado, aprendimos que existen diferencias para velocidades de
corte y avance dependiendo de los materiales, todo para hacer una
pieza de ciertas especificaciones, dándonos cuenta de que nosotros
como Ingenieros Industriales, debemos estar siempre informados
respecto de las especificaciones y tiempos requeridos para fabricar
las piezas, controlando así al capital humando, materia prima, calidad
y, por ende, los costos.
Después de conocer un proceso de maquinado de una pieza
podemos decir que lo primero que necesitamos establecer cuando
trabajemos en la industria o tengamos nuestro propio negocio es un
objetivo, ¿qué es lo que quiero lograr? En cuanto a cantidad, calidad,
etc. Posteriormente debemos definir, en base a las características
deseadas, el proceso de fabricación adecuado, lo que implica la
selección de la maquinaria y herramental así como la cantidad de
mano de obra empleada. La selección del material es otro punto
importante y debe estar de acuerdo con la calidad que se quiere
lograr y con el tipo de maquinaria en la cual se invirtió. Es necesario
también hacer dibujos de la pieza para evitar confusiones y lograr
que ésta sea un producto terminado tal y como fue planeada.
Finalmente, después de entender cuál fue el fin de la aplicación
práctica de la materia realizada en este trabajo, podemos decir que
nuestro objetivo se cumplió, ahora tenemos una idea más clara de lo
que significa el maquinado de una pieza, conocimiento que
seguramente será aplicado en el futuro.
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VI. BIBLIOGRAFIA
MONTES DE OCA, Ricardo, PÉREZ, Isaac de Jesús, Manual de
prácticas de Manufactura Industrial II, IPN-UPIICSA
MIRÓN, Begeman, B.H., Amstead, Procesos de Fabricación, C.E.C.S.A,
México.
BOON, G.K., MERCADO, A., “Automatización flexible en la
Industria”, Limusa-Noriega, México, 1991.
OFICINA INTERNACIONAL DEL TRABAJO, “Introducción al Estudio
del Trabajo”, Cuarta Edición, Limusa, México, 2001.
Diccionario Enciclopédico Quillet, decimotercera edición, cuarta
reimpresión, Cumbre Grolier, México, 1989, Tomo II y XI.
MARTINO, R.L., “Sistemas Integrados de Fabricación”, Limusa-
Noriega, México, 1990, p.115.
ROSSI Mario, “Máquinas-herramientas Modernas”, Octava Edición,
Dossat, S.A., España, Madrid, 1980, Vol. I, p. 238.
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VII. ANEXOS
HERRAMIENTAS PARA EL MECANIZADO
MEDICIONES
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VIRUTA EN EL MECANIZADO
SUJECIÓN DE LA PIEZA
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TORNEADO Y PIEZA TORNEADA