CAPÍTULO V LA TALADRADORA 5.1 Introducción. Las máquinas taladradoras se encuentran en cualquier taller de maquinado e i
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CAPÍTULO V LA TALADRADORA 5.1 Introducción. Las máquinas taladradoras se encuentran en cualquier taller de maquinado e incluso se hallan en talleres de otros tipos. Sin embargo, son máquinas sencillas, menos complejas de operar que los tornos o las fresadoras, aunque las herramientas de corte que emplean son complejas, y se requiere de buena habilidad para afilarlas. La intención de este capítulo es que el estudiante pueda identificar los tipos más comunes de taladradoras, y saber los pasos tecnológicos que les son típicos, asociados con sus herramientas de corte correspondientes, y que sepan seleccionar regímenes de corte para los pasos más comunes en estas máquinas. 5.2 Tipos de taladradoras y sus campos de empleo. Las taladradoras más comunes son: - de mesa - vertical - radial Algunos autores consideran a las máquinas mandrinadoras como taladradoras horizontales, opinión que el autor de este texto no comparte porque ese tipo de máquinas no son meras taladradoras. Las mandrinadoras no resultan de tan frecuente presencia en los talleres, a pesar de su versatilidad. El problema está en que la inversión inicial es alta. Las taladradoras de mesa de un husillo son pequeñas y se utilizan para taladrar agujeros de pequeños diámetros. El avance es manual y el husillo gira a un alto número de revoluciones por minuto. Las taladradoras de columna vertical se emplean para abrir orificios mayores en piezas medianas y pequeñas. En ellas la pieza se mueve mediante la mesa para hacer coincidir el eje de rotación de la herramienta con el eje del agujero a elaborar. Las taladradoras radiales se emplean para abrir orificios en piezas grandes. La pieza no se mueve y la coincidencia del eje de la herramienta y el orificio a elaborar se logra desplazando la herramienta. (ver fig 5.1) El brazo de la taladradora radial le da un amplio espacio a su alrededor para trabajar. Las herramientas de corte se fijan por su mango cónico en el agujero cónico del husillo de la máquina. Las piezas se fijan a la mesa o a la base de la máquina, según convenga, con un tornillo de banco (muy frecuentemente) o con bridas y calzos de diferentes tipos.
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Fig. 5.1 Representación de la taladradora de mesa, la vertical o de columna y la taladradora radial. Nótese que en la taladradora se presenta la situación de que tanto el movimiento principal, que es la rotación de la herramienta de corte, como el movimiento de avance, que es en la dirección axial del husillo, pertenecen a la herramienta de corte. 5.3 Pasos tecnológicos típicos y herramientas que se emplean. En las taladradoras se puede: a) Taladrar: abrir un agujero con una broca donde no hay agujero previo. b) Retaladrar: ampliar el diámetro de un agujero con una broca.
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c) Barrenar: ampliar con mayor precisión y acabado superficial un agujero utilizando una barrena (broca de punta plana, con 3 o 4 bordes cortantes). d) Escariar o rimar: acabar con alta precisión y mínima rugosidad superficial un agujero mediante herramientas conocidas como rimas o escariadores. e) Roscar: utilizando machos de roscar en agujeros previamente taladrados al diámetro necesario. f) Mandrilar: con una barra de mandrilar y una cuchilla similar a la del torno (cilindrado interior). Se diferencia del torno, entre otros aspectos, en que es la cuchilla la que rota, en vez de la pieza, y resulta poco cómodo hacer este paso tecnológico en esta máquina. g) Hacer cajeras circulares, llamadas también abocardos: esto es hacer un escalón de entrada en un agujero, el cual servirá de alojamiento a la cabeza de un tornillo para evitar que sobresalga. Puede usarse una fresa de espiga o una barra pequeña de mandrilar. 5.4 Tipos de brocas Las herramientas para taladrar son herramientas rotativas con uno o más filos y canales para la adecuada salida de la viruta sin que dañe la superficie mecanizada. La herramienta seleccionada es determinada por varios parámetros como son, tamaño y profundidad del agujero, tolerancia requerida, material de la pieza, volumen de producción y máquina disponible. En los países en desarrollo tradicionalmente se han empleado, y se siguen empleando, brocas de acero rápido sin recubrimiento superficial. Esas herramientas están ya en desuso internacionalmente, debido a la mayor rentabilidad de las brocas modernas. Las brocas modernas para taladrar agujeros cortos se dividen en dos grandes grupos. Brocas reafilables : utilizadas exclusivamente para agujeros pequeños con diámetros desde 2.50 mm hasta 12.5 mm.
Brocas de plaquitas intercambiables : usadas en agujeros desde 17.50 mm hasta 110 mm.
El caso de las brocas con puntas de carburo cementado y sujeción mecánica (plaquitas intercambiables), resulta una novedad tecnológica, y aunque no proporcionan igual precisión que las brocas reafilables, ofrecen una alta productividad debido a la utilización en su periferia de plaquitas de calidades y geometrías diferentes a las del centro, lográndose una adecuada penetración de superficies cóncavas, convexas, inclinadas e irregulares. Se emplean fundamentalmente en centros de maquinado (máquinas con control numérico). En este texto nos vamos a referir solamente a las brocas reafilables. Fig. 5.2 : Broca reafilable.
Existen tres tipos de brocas reafilables:
De HSS (recubiertas con TiN , o sin recubrimiento)
Enterizas de carburo cementado (que pueden estar recubiertas con TiN) .
Con puntas soldada de metal duro (carburo cementado).
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Las brocas de HSS recubiertas con TiN no se recomiendan para el taladrado de aceros inoxidables, aleaciones termorresistentes o aleaciones de titanio. Se pueden emplear en otros tipos de aceros y fundiciones y aleaciones de aluminio, bronce y latón. Estas brocas se fabrican en diámetros entre 2.5 y 12 mm. Las brocas de carburo cementado, sean enterizas o con placas soldadas, no tienen las limitaciones de las anteriores, pero las enterizas son más frágiles por lo que no se recomiendan para operaciones en condiciones de baja rigidez. Las enterizas se fabrican en diámetros de 3 a 12.7 mm y las de plaquitas soldadas entre 9.5 y 20 mm. A partir de los 6 mm de diámetro las brocas modernas disponen de canales internos que permiten refrigerar directamente en la zona de corte, lo cual facilita además la evacuación de la viruta. Se utilizan ambas para el taladrado de alto rendimiento con excelente calidad superficial. Los tres tipos de brocas se fabrican para agujeros cortos, cuyas longitudes oscilan entre 2 a 3 veces el diámetro y en ocasiones hasta 5 a 6 veces. Todas son reafilables, pero desaparece el recubrimiento de TiN al afilarlas lo que produce una reducción de la vida del borde cortante y la velocidad de corte se debe reducir en un 20%.
5.5 Factores a tomar en cuenta para la selección de regímenes de corte de taladrado. En las tablas para seleccionar regímenes de corte y avances de la operación de taladrado se piden como datos fundamentales: - las características del material a elaborar - el diámetro de la broca - la profundidad a taladrar - el tipo de material de la broca - el tipo de paso tecnológico Con estos datos se obtienen la velocidad de corte y el avance de las tablas, y se adaptan a las posibilidades de la taladradora escogida para la operación, de manera semejante a como se hace cuando se establece el régimen de corte para el torneado. Para los pasos tecnológicos de retaladrado, barrenado y escariado, existen tablas que recomiendan el diámetro del agujero previo (es decir, la sobremedida), además de la velocidad y el avance. 5.6 Metodologia para seleccionar los datos de corte para el taladrado. Como datos iniciales se parte de :
Material a elaborar (mp) y su dureza (HB). Diámetro (d) y profundidad a taladrar (l).
Los pasos a seguir son los siguientes : 1.
Selección del tipo de broca. Vamos a suponer en este texto las siguientes:
a) HSS - TiN. b) HM - TiN. c) Con placas soldadas de HM.
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2. Según el tipo de broca seleccionada y el diámetro de la broca (d) a utilizar, en las tablas 21, 22 y 23 de los Anexos, se obtienen la velocidad de corte (Vc) y avance (f), (se selecciona el mayor valor).
3. Obtención del régimen de corte. 3.1. Se calcula n (rpm)
n=
1000 Vc d
[rpm]
3.2. Selección de n y f según la máquina herramienta a utilizar. 3.3. Cálculo de la velocidad de corte real. Vcr =
d n 1000
[m/min]
3.4. Cálculo del tiempo principal. l
tp = n f
[min]
l = 1 + 2 + lr + 3 2 = 3 = 2 mm 1 =
Fig. 5.3 Márgenes de entrada y salida
tan d 2
Resultados obtenidos.
Tipo de broca. Velocidad de corte (Vc, m/min). Frecuencia de rotación (n, rpm) Avance (f, mm/rev) Tiempo principal (tp, min)
5.7 Ejemplo de cálculo del régimen de corte para el taladrado. Se tiene una plancha de acero de bajo % de carbono, en la cual es necesario taladrar 4 agujeros de 12 mm de diámetro para ser utilizada como parte de una estructura. Su espesor es de 30 mm.
- Datos iniciales Material de la pieza
: Acero de bajo %C (0.3%C)
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Dureza : HB 150 Diámetro a elaborar :12 mm Profundidad de corte : 30 mm Máquina Herramienta : Taladradora vertical modelo 2H125 (Pot. motor=2,8Kw, y =0,8) Operación : Taladrado. Paso : Taladrar cuatro agujeros a diámetro 12 mm y profundidad 30 mm Semiángulo de la punta de la broca: 65º Kc = 2600 N/mm (Fuerza de corte específica, obtenida de la tabla 31 de los Anexos)
Fig. 5.4 Pieza para el ejemplo de taladrado. Dentro de los tipos de broca se escoge una broca del HSS con recubrimiento de TiN, por la limitada capacidad y estabilidad de la máquina herramienta. En la tabla 21 del Anexo, con el material de la pieza (m p) se obtiene: Vc = 40 m/min f = 0,28 mm/rev. Cálculo del régimen de corte. n=
1000 Vc d
n=
1000 40 12
n = 1061,03 rpm El régimen teórico se ajusta a las posibilidades de la máquina herramienta ( Ver Anexo), por lo que los datos reales son : n = 1000 rpm f = 0,28 mm/rev
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Cálculo de la velocidad de corte real. Vcr = Vcr =
d n 1000
12 1000 1000
Vcr = 37,69 m/min Cálculo y comprobación de la potencia: Pc= [Kc*f*Vc*d]/ 240000 Pc= (2600)(0,28)(37,69)(12) / 240000 = 1,37 Kw Potencia disponible: Pd = 2,8 * 0,8 = 2,24 Kw Pd Pc la potencia disponible es suficiente. Cálculo del tiempo principal. tp =
l n f
l = 1 + 2 + lr + 3
1 depende del diámetro de la broca 2 y 3 ( de entrada y salida) ver fig. 5.3
2 = 3 = 2 mm = 90º - 65º = 25º 1 =
tan( 25) 12 2
1 = 2,8 mm l = 2,8 +2 + 30 +2 = 36,8 mm tp =
36.8 1000 0.28
tp = 0,131min 4 = 0,524 min = 32 seg. Resultados obtenidos.
Broca de HSS con recubrimiento de TiN de 12 mm. Vc = 37,69 m/min. n = 1000 rpm. S = 0,28 mm/rev tp = 0,524 min
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5.8 GUÍA DE AUTOPREPARACIÓN PARA EL ESTUDIANTE. I. Al terminar el estudio de este capítulo V el estudiante debe ser capaz de: 1. Identificar los tipos de taladradoras y sus campos de empleo. 2. Seleccionar las herramientas de corte y regímenes de corte para los pasos tecnológicos más frecuentes en las taladradoras. II. Otros textos que pudieran consultarse. -Chernov, B.,Máquinas herramienta para metales, ENPES, La Habana, 1992 -Padrón, S., Herramientas de Corte Modernas, UCLV, Santa Clara, 1997 III. Apropiación de conocimientos. 1. Mencione los tipos más frecuentes de taladradoras, sus partes, movimientos y campos de empleo. 2. Relaciones los pasos tecnológicos típicos de las taladradoras. 3. Mencione las herramientas de corte que se emplean en las taladradoras y relaciónelas con los diferentes pasos tecnológicos. 4. Diga los tipos de brocas que se emplean en el taller que usted ha tomado como referencia. 5. Diga los factores que se toman en cuenta para seleccionar el régimen de corte para los pasos tecnológicos de la operación de taladrado. 6. Explique cómo se fijan las piezas para ser sometidas al taladrado. 7. Explique cómo se sujetan las herramientas de corte en las taladradoras. IV. Aplicación de conocimientos. 1. Suponga que va a elaborar en una taladradora un agujero que requiere de una alta precisión en su diámetro y un acabado superficial de 1.6 Ra. Proponga los pasos tecnológicos a realizar y en qué secuencia (orden en que se realizarán los pasos). 2. Se van a taladrar 5 agujeros de 3 mm de diámetro en una pieza pequeña. Escoja el tipo de taladradora a emplear. 3. Un eje escalonado de 2,5 metros de largo y 300 mm de diámetro debe ser taladrado en varios de sus escalones. Decida qué tipo de taladradora emplearía. 4. Escoja la herramienta de corte y el régimen de corte, así como la máquina herramienta, para taladrar en una plancha de acero de baja aleación con cromo un agujero de 10 mm de diámetro y 20 mm de profundidad.
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