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Maquinado convencional vs maquinado discordante / Conventional machining vs discording machining

MAQUINADO CONVENCIONAL VS MAQUINADO DISCORDANTE CONVENTIONAL MACHINING VS DISCORDING MACHINING Jonathan Xavier Quiroz Gomez

Resumen

Abstract

Con el fin de entender en que se diferencian los maquinados discordantes y convencionales realizamos una investigación a para determinar como se desarrollan calda uno de estos maquinados.

In order to understand how discordant and conventional machining differ, we carry out research to determine how one of these machining works.

Machining is a mechanical process by which the workpieces are shaped by removing excess material El maquinado es un proceso mecánico mediante el in the form of chips. cual las piezas de trabajo son conformadas removiendo el material excedente en forma de Machining methods refer to the relative movement viruta. between the part and the cutting tool. These movements can be concordant or discordant where Los métodos de maquinado se refieren al the sharp tool blade is propelled towards the surface movimiento relativo entre la pieza y la herramienta of the workpiece and removes a thin layer. de corte. Estos movimientos pueden ser concordantes o discordantes donde la hoja de In the case of concordant machining, the cut begins herramienta afilada es impulsada hacia la superficie with the maximum thickness of the chip and forces de la pieza de trabajo y elimina una capa delgada. are generated that tend to push the piece against the machine table and in the discordant one, the chip En el caso de el maquinado convencional el corte begins with a minimum thickness of zero, with this comienza con el espesor máximo de la viruta y se type of milling, forces are generated that tend to lift generan fuerzas que tienden a empujar la pieza the table from the machine. contra la mesa de la máquina y en el discordante la viruta empieza con un espesor mínimo de cero, con este tipo de fresado, se generan fuerzas que tienden a levantar la mesa de la máquina. Keywords: discordant, Technology, Milling machine, manufacturing, processes, conventional, Palabras Clave: Discordante, Tecnología, Machining, Agreement. Fresadora, manufactura, procesos, convencional, maquinado, Concordancia.

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Maquinado convencional vs maquinado discordante / Conventional machining vs discording machining

herramienta con filos cortantes fabricada de un material resistente al desgaste y a las altas temperaturas, penetra la superficie de una pieza con desprendimiento de material en forma de viruta, hasta obtener el producto final.[1]

1. Introducción

En el presente informe se abordará los principales aspectos de los maquinados concordantes y discordantes debido a que dependiendo del proceso de maquinado se obtienen acabados diferentes.

Los parámetros fundamentales en un proceso de corte son: velocidad de corte, avance y profundidad. La velocidad de corte (Vc) es el camino recorrido por el filo de la herramienta por unidad de tiempo. Donde D es el diámetro de la pieza y n es la velocidad de rotación.[1]

En cada uno de los tipos de maquinados cambian varios aspectos de la producción al momento de la obtención de piezas y con los con avances tecnológicos, las actividades industriales, y las materias primas obtenemos diferentes conocimientos que nos permiten decidir el maquinado ideal.

Actualmente las máquinas herramientas usadas en los procesos de mecanizado vienen altamente automatizadas, reduciendo las necesidades de mano de obra para ciertos procesos productivos.[1]

1.1. Objetivo General Conocer y aprender sobre el maquinado convencional y discordante, las características y consecuencias que provocan al momento de realizar la manufactura.

Estas máquinas se pueden programar usando el control numérico computarizado (CNC), dichos programas contienen la información tecnológica sobre el proceso de mecanizado. También se pueden programar usando la ayuda del diseño asistido por computador (CAD), donde se diseñan las partes a mecanizar. Posteriormente pasan a un programa de manufactura asistida por computador (CAM) donde se realiza la simulación del proceso de corte, seleccionando las herramientas, materiales y parámetros de corte. Los programas CAD/CAM ayudan a realizar programas CNC complejos.[1]

1.2. Objetivos específicos • Investigar los maquinados convencionales y discordantes. • Demostrar en forma teórica cómo se realizaron cada una de los maquinados. • Dar a conocer en que se diferencian los maquinados. • Explicar en donde se emplean.

2.1. Optimización manufactura

2. Maquinados

del

proceso

de

El volumen de producción y los costos se deben considerar en los procesos de producción de piezas. En la industria se debe optimizar el proceso maximizando la producción y minimizando los costos. Para lograr dicho objetivo es necesario considerar todos los costos y el tiempo requerido para maquinar una determinada pieza.[1]

Los procesos de manufactura son la combinación de personal, materia prima, herramientas y máquinas para la obtención de un producto final.[1] Uno de los procesos de manufactura más usados en la producción de piezas metálicas es el corte con desprendimiento de material, conocido como maquinado o mecanizado. Es decir, una 2

Quiroz Gómez / Maquinado convencional vs maquinado discordante

El tiempo del ciclo de producción de una pieza (maximización del ciclo de producción) depende de dos factores: 1) el acabado y la exactitud dimensional de la superficie y 2) de la cantidad de material por remover. El tiempo del ciclo de producción de una pieza (Tp) se puede calcular por la siguiente expresión[1]:

En el fresado a favor periférico, el espesor de la viruta decrecerá desde el principio del corte gradualmente hasta desaparecer al final del corte. Esto evita que el filo roce y bruña la superficie antes de empañar en el corte.[3] El gran espesor de la viruta es una ventaja y las fuerzas de corte tienden a empujar la pieza hacia la fresa, manteniendo el filo en el corte.[3]

Td = tiempo para montar y desmontar la pieza en la máquina herramienta.

Sin embargo, dado que la fresa es empujada hacia la pieza, la máquina debe gestionar el juego del avance de mesa mediante la eliminación de holguras. Si la herramienta empujada la pieza, el avance aumenta de forma imprevista, lo que puede dar lugar a un espesor de viruta excesivo y la rotura del filo. En estos casos, plantéese utilizar fresado hacia arriba.[3]

Tm = tiempo que la herramienta utiliza para maquinar durante un ciclo. Tc = tiempo de cambio de la herramienta cuando se desgasta. Np = cantidad de piezas que se maquinan con un filo cortante.

2.2.2 Caracterización de los parámetros para trabajar con HSM en maquinas convencionales

2.2. Maquinado Convencional

Uno de los parámetros que más influye en el trabajo con HSC es la velocidad de corte la cual puede ser hasta 10 veces superior a las velocidades comunes de trabajo. Esto, por lo tanto, implica que las revoluciones de trabajo del husillo de la máquina sean incluso superiores a las 25000rpm para poder aplicar los nuevos parámetros de corte. Hay que recordar que la relación entre velocidad y rpm es lineal.[4]

El Maquinado convencional es un proceso en el que se remueve metal para dar forma o acabado a una pieza. Se utilizan métodos tradicionales como el torneado, el taladrado, el corte, y el amolado, o métodos menos tradicionales que usan como agentes la electricidad o el ultrasonido.[2] Este proceso se basa en remover, por medio de una herramienta de corte, todo el exceso del material con máquinas, de tal modo que la pieza terminada sea realmente la deseada. Este proceso de maquinado incluye la deformación cortante del material, creando una viruta, que cuando es removida, queda totalmente expuesta a una nueva superficie.[2]

2.2.3

Condiciones actuales que facilitan la aplicación de nuevas tecnologías de maquinado

En el contexto de la industria mecánica actual, concurren toda una serie de factores que posibilitan la introducción de modernas tecnologías que contribuyen a mejorar la efectividad y eficiencia de estos procesos. Entre los más importantes se pueden mencionar[4]:

2.2.1 Fresado en concordancia En fresado hacia abajo (a favor), la herramienta avanza en la dirección del giro. El fresado a favor el método preferido siempre que la máquinaherramienta, la fijación y la pieza lo permitan.[3] 3

• • • • •

Exigencias del mercado de mayor calidad, complejidad y precisión de los productos. Reducción de los plazos de entrega para lo cual se requiere la reducción de los tiempos de las operaciones tecnológicas. Mejoramiento de la calidad de los materiales. Mejores acabados superficiales. Menores costos de los productos.

2.3.2

Condiciones de proceso en el maquinado discordante

los diámetros de las herramientas utilizadas maquinado en la orden de las medidas hacen necesario disponer de husillos de alta velocidad de giro debido a que gran medida que el diámetro de la herramienta tiende a 0 y las revoluciones por minuto tienden al infinito teniendo en cuenta que el eje de giro de una herramienta tiene un grado de inclinación con respecto al vector normal de la superficie.

Debido a la reducción sensible de la vida útil de los herramentales, motivado por los cambios frecuentes de diseño de los elementos que intervienen en la fabricación de equipos, sobre todo los vinculados con la industria electrónica, se produce un incremento sostenido de los herramentales de los moldes y matrices. Este incremento del mercado junto a los factores antes mencionados hace que estas industrias, ante la competencia internacional, busquen alternativas tecnológicas de producción que satisfagan las exigencias actuales.[4]

El diámetro de efectivo de corte varía en función del ángulo de inclinación de la superficie y la profundidad de corte, un ejemplo en una velocidad de corte de 60 m/min herramienta debe girar a 49900 revoluciones por minuto si el diámetro de la herramienta es de 500μm y la profundidad de corte es de 15 μm el Paso lateral de la profundidad de corte y el avance del filo están estimados como un porcentaje del diámetro de la herramienta.[6]

2.3 Maquinado discordante Cuando el sentido de movimiento hacia adelante es contrario a la dirección del movimiento del giro de la herramienta de corte. En el fresado discordante, la viruta empieza con un espesor mínimo de cero. Con este tipo de fresado, se generan fuerzas que tienden a levantar la mesa de la máquina, por lo que se requiere asegurarla muy bien. El fresado de piezas largas con este método no es aconsejable, por cuanto puede generar vibraciones que causen accidentes a los operarios y deterioren las fresadoras CNC.[5]

2.4 Maquinado discordante vs convencional acción de corte, el fresado frontal puede tener movimientos discordantes y concordantes. Esta sensación de corte en el fresado tiene una gran influencia en el proceso de mecanizado que actúa directamente sobre el acabado, las fuerzas involucradas, las temperaturas, el desgaste de la herramienta y la relación directa con el espacio libre de la máquina.[7] La definición correcta de qué movimientos usar durante el mecanizado afecta directamente el resultado final del proceso de fresado discordante y concordante. Afecta significativamente la distribución de tensiones en la herramienta y el rendimiento de la operación de fresado. [7]

2.3.1 Defectos producidos por el maquinado discordante Comparado con el maquinado concordante que produce una superficie homogénea libre de defectos observables el maquinado discordante en cambio produce el defecto de material adherido que cuantifica el estado de los esfuerzos residuales.[6]

El fresado discordante ocurre de la siguiente manera o el ángulo de contacto (ⱷ) crece 4

Quiroz Gómez / Maquinado convencional vs maquinado discordante

de cero a un valor máximo (la dirección de alimentación es opuesta a la del molino giratorio), en este movimiento el espesor de corte Hd aumenta progresivamente de cero a un valor máximo, este movimiento causa mucha fricción entre la herramienta y la pieza, generan un aumento de la temperatura y contribuyen al desgaste prematuro de la herramienta, lo que aumenta las vibraciones indeseables que deterioran el acabado y comprometen la dimensionalidad de la pieza mecanizada. [7] Figura 1. Maquinado concordante vs discordante. [7]

Antes de comenzar a quitar el material, la herramienta lo compacta, lo que resulta en un aumento de la temperatura en la zona de corte que conduce a intensificar todas las formas de desgaste de la herramienta.[7]

3. Resultados Los tipos de mecanizado generan un gran cambio radical en todos los aspectos que conforman la fabricación de piezas y nuevas formas de producir y sentando bases para su manera de producción debido a que en el caso del maquinado convencional produce menos fallas visibles respecto al maquinado discordante.

Los resultados obtenidos a través de un estudio experimental realizado por Li et al. (2006), mostraron que la propagación del desgaste del flanco en la operación de fresado discordante es más rápida en comparación con el fresado concordante usando una herramienta de carburo en el mecanizado de Inconel 718 , el desgaste medido en el flanco fue de 0,51 para el discordante y 0,38 para el concordante. Para el movimiento concordante informa que el ángulo de contacto (ⱷ) comienza en un valor máximo y disminuye a cero (la dirección del movimiento de alimentación es la misma que la de la cuchilla giratoria). disminuye a un valor cero, para este movimiento la generación de calor es menor en relación con el discordante, debido a la menor fricción que contribuye al aumento de la vida útil de la herramienta y contribuye a un mejor acabado.[7]

Conclusiones

Como no hay una fuerte fricción de la herramienta con el material de la pieza, la superficie mecanizada tiene mejor calidad y no hay impactos negativos en el desgaste de la herramienta, en consecuencia, en el desgaste del flanco. La figura a continuación muestra el ángulo de contacto del filo de corte con material en ambos movimientos.[7] 5

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Con el desarrollo de la investigación se logró apreciar los tipos de mecanizado sus principios de funcionamiento y demás aplicaciones en las maquinas herramienta dando lugar a diferencias entre una y otra al momento de manufacturar, así como que ambas se estructuran de forma diferente.

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Con el desarrollo de la investigación se estudió las fallas de ambos maquinados que en el caso del discordante se observan mas fallas visibles que en el discordante.

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Dependiendo el tipo de maquinado se hace el trabajo industrial más sencillo, práctico y económico para la organización que la emplea. Es una forma de hacer un trabajo eficaz, logrando diferentes acabados con

exactitud y precisión necesaria para lo que requiera el consumidor.

condiciones de proceso en micro-fresado con herramienta de punta esférica, sobre el estado de esfuerzos residuales, en la aleación Ti-6AL-4V,” pp. 1–26, 2017, [Online]. Available: https://repository.usta.edu.co/handle/1163 4/22614.

Referencias [1]

“ECONOMÍA EN EL MAQUINADO PARA LA INDUSTRIA METALMECÁNICA.” http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid= S012359232005000100002&script=sci_arttext& tlng=pt (accessed Jul. 03, 2020).

[2]

“Maquinado Convencional y CNC | Stilia.” https://www.stilia.mx/quienessomos/procesos/maquinado-convencionaly-cnc/ (accessed Jul. 03, 2020).

[3]

“Fresado hacia abajo vs. fresado hacia arriba.” https://www.sandvik.coromant.com/eses/knowledge/milling/pages/up-millingvs-down-milling.aspx?Country=ec (accessed Jul. 03, 2020).

[4]

F. M. Aneiro, T. S. Battaille, G. F. Figueroa, and A. P. Vázquez, “Comportamiento del acabado superficial de la pieza y el desgaste de la herramienta al fresar aluminio con altas velocidades de corte en fresadoras cnc convencionales. // Superficial finish behavior and tool wear in aluminium milling with high cutting spee,” Rev. Ing. Mecánica, vol. 9, no. 2, pp. 7–12, 2006.

[5]

“Fresadoras CNC. Sus características y sus usos. - Noticias fabricantes maquinaria industrial, automatizacion y maquinas.” https://www.fabricantes-maquinariaindustrial.es/fresadoras-cnccaracteristicas-usos/ (accessed Jul. 03, 2020).

[6]

J. A. García Barbosa, J. F. Niño Fonseca, and E. Córdoba Nieto, “Efecto de las

[7]

6

P. D. E. Pós-graduação, E. M. E. Mecânica, M. Adriano, and M. D. E. Almeida, “FERRAMENTA DURANTE O FRESAMENTO CONCORDANTE E DISCORDANTE DO AÇO ABNT 4140 FERRAMENTA DURANTE O FRESAMENTO CONCORDANTE E DISCORDANTE DO AÇO ABNT4140,” 2019.