E04 Torneado - Ingeniería de Ejecución Mecánica

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
INGENIERÍA EJECUCIÓN EN MECÁNICA
PLAN 2002
GUÍA DE LABORATORIO
ASIGNATURA “PROCESOS MECÁNICOS I”
CODIGO 15055
NIVEL 04
EXPERIENCIA E04
“TORNEADO”
HORARIO:LUNES: 3-4-5-6
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TORNEADO
1.- OBJETIVO GENERAL
Que el alumno comprenda e interprete correctamente los conceptos fundamentales
presentes en el torneado. Esto es: Los movimientos relativos, las condiciones de
mecanizado, la geometría de la herramienta, el sistema efectivo de la herramienta,
las operaciones, los tiempos de preparación, de maniobra y de corte.
2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
2.1.
Familiarizar al alumno con la máquina herramienta “torno”: Sus grados de libertad,
sus tipos, sus capacidades de trabajo, sus accesorios de fijación de la materia
prima y las geometrías posibles de obtener por medio de esta máquina.
2.2.
Que el alumno interprete correctamente los movimientos relativos entre
herramienta y pieza requeridos en cada una de las operaciones de torneado.
2.3.
Tomando como base la operación de cilindrado exterior, familiarizar al alumno con
las condiciones de mecanizado; esto es, velocidad de corte, velocidad de avance,
profundidad de corte y fluido de corte.
2.4.
Que el alumno interprete a pié de máquina el sistema de referencia de la
herramienta y el sistema de referencia efectivo. Esto es, posicionar virtualmente
en el sistema máquina-herramienta-pieza, los planos: de corte, de medida, de
referencia y de trabajo; en ambos sistemas de referencia.
2.5.
Que el alumno comprenda la importancia de separar el tiempo de producción en
los elementos de tiempos de preparación de la máquina, de maniobra, de ajuste y
de corte.
2.6.
Familiarizar al alumno con la determinación de las condiciones de mecanizado
según la trilogía Torno-herramienta-pieza, usando los datos entregados en
catálogos por los fabricantes de herramientas de corte.
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3.- INTRODUCCIÓN TEÓRICA
3.1
TIPOS DE TORNOS
3.1.1 Torno paralelo
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3.1.2 Torno copiador
3.1.3 Torno revolver
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3.1.4 Torno vertical
3.2
OPERACIONES EN EL TORNO
El torno posibilita la realización de una gran variedad de operaciones de mecanizado,
algunas de las cuales se describen a continuación.
Refrentado. Es el proceso de maquinar el extremo de la pieza de trabajo para que esté a
escuadra con la línea del centro. En general para cortes de desbaste, la herramienta se
avanza desde el exterior de la pieza de trabajo hacia el centro. Para corte de acabado la
herramienta se mueve desde el centro de la pieza de trabajo hacia la periferia. En la figura
se pueden observar los procesos de refrentado exterior e interior.
Procesos de refrentado exterior e interior
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Cilindrado. Consiste en mecanizar un cilindro recto de longitud y diámetro determinado.
Una vez iniciado el corte con la profundidad y avance deseado, la herramienta,
desplazándose automáticamente, realiza el trabajo. En general se dan dos clases de
pasadas. una o varias pasadas de desbaste para llevar la pieza a la cota deseada y una
pasada de acabado para alisar la superficie. La figura adjunta muestra un esquema de la
operación.
Procesos de cilindrado exterior e interior
Torneado cónico. Este proceso consiste en dar forma cónica al material en rotación
haciendo desplazar la herramienta oblicuamente al eje del torno, conforme a la
inclinación dada al carro superior. Las siguientes figuras muestran la operación de
torneado cónico y las dimensiones que se deben tener en cuenta para el cálculo del
ángulo de inclinación el carro superior (/2), respectivamente.
El ángulo de inclinación se determina utilizando la siguiente expresión:
   (D  d )
Tan  
2L
2
Procesos de torneado cónico exterior e interior
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Dimensiones para el cálculo del ángulo de inclinación en el proceso de torneado cónico
Moleteado. Este proceso consiste en presionar una herramienta con figuras en forma de
diamante o en líneas rectas sobre la superficie de una pieza de trabajo, como se muestra
en la figura. En el moleteado el material no presenta desprendimiento de viruta sino que se
conforma.
Operación de moleteado
Ranurado o tronzado. Consiste en hacer surcos o gargantas cilíndricas sobre una pieza.
La Figura siguiente ilustra esta operación.
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Procesos de ranurado
Roscado. Es un proceso que consiste en dar forma triangular al filete de una rosca por
penetración perpendicular de una herramienta conducida por el carro transversal. La
siguiente figura ilustra los procesos de roscado exterior e interior.
Procesos de roscado exterior e interior
Taladrado. Este procedimiento, que se ilustra en la figura adjunta sirve para producir un
orificio que puede ser terminado por un mandrinado o cilindrado interno para mejorar su
exactitud y acabado superficial.
Proceso de taladrado
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3.3 Geometría de la herramienta
Representaciones DIN y ASA.
Las herramientas de corte, son aquellas ocupadas para mecanizar y darle distintas formas
a materiales. Dentro de las principales funciones que estas tienen están cortar en forma de
viruta, evacuar fácilmente la viruta de la zona de trabajo, evacuar el calor a través de la
viruta, soportar las fuerzas de corte sin deformarse (rigidez), ser rentable (dureza y
resistencia al desgaste), facilitar un cambio de herramienta rápido y eficaz (sistema de
sujeción).
Las herramientas de corte se pueden clasificar en tres grandes grupos:
:
 Las monocortantes o monofilos, son herramientas de corte que poseen una
parte cortante (o elemento productor de viruta) y un cuerpo. Son usadas
comúnmente en los tornos, tornos revólver, cepillos, limadoras, mandrinadoras y
máquinas semejantes.
 Las policortantes, son aquellas que tienen más de un filo cortante como las fresas o
brocas.
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
Y las con geometría no definida, como las muelas abrasivas, donde la geometría de
cada diente no tiene una forma especial.
Dentro de la geometría de la herramienta podemos distinguir diferentes planos,
superficies, ángulos y aristas, estos son:

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Plano base: es aquel que se forma entre parte inferior a la herramienta y el porta
herramienta, en la mayoría de los casos este plano es perpendicular al vector
velocidad de corte.
Plano de corte: es aquel plano formado por los arista de corte y velocidad de corte.
Plano de referencia: este plano es el que pasa por la punta de la herramienta (punto
de referencia) y que es paralelo al plano base.
Plano de medida: este plano se ve representado por el plano ocupado por el papel
del informe, su nombre se debe a que es en éste en que se miden los tres ángulos
principales de la herramienta.
Plano de trabajo: es aquel que pasa por la punta de la herramienta y es
perpendicular al plano base.
Superficie de incidencia: es aquella que esta en la herramienta por debajo de la
arista principal de corte.
Superficie de desprendimiento de viruta: es aquella formada entre la arista principal
y la arista secundaria.
Ángulo de incidencia (α): es aquel que se forma por el plano de corte y la superficie
de incidencia, este ángulo se mide en el plano de medida.
Ángulo de desprendimiento (γ): es aquel formado por la superficie de
desprendimiento de viruta y el plano de referencia, este se mide en el plano de
medida.
Ángulo de cuña o filo (β): este ángulo se forma entre las superficies de
desprendimiento de viruta y de incidencia, este ángulo se mide en el plano de
medida.
Ángulo de la punta (ε): éste es el formado por la arista principal y la arista
secundaria, éste se mide en el plano de referencia.
Ángulo de inclinación del filo (λ): es aquel que está formado entre el plano de
referencia y la arista principal de corte. Se mide en el plano de corte.
Ángulo de ataque (K): éste se forma por la arista principal de corte y el plano de
trabajo, se mide en el plano de referencia. La utilidad de este ángulo es
básicamente para darle posicionamiento a la herramienta con respecto a la pieza a
trabajar.
Ángulo de ataque secundario (K´): éste se forma por el filo de corte secundario y el
plano de trabajo, este queda determinado por los ángulos capa y de la punta.
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

Arista o filo principal de corte: este es el filo que queda en contacto con el material,
este es el encargado de darle desbaste a la pieza. Además el plano de corte pasa
por esta arista, y ésta queda entre las superficies de desprendimiento y de
incidencia.
Arista o filo secundario de corte: este filo no queda en contacto con la pieza
mecanizada y esta en el comienzo de la superficie de desprendimiento.
3.3.1 Sistema de referencia de la herramienta
Este sistema consiste en un conjunto de planos necesario para comprender las teorías del
mecanizado estos son:
Plano de referencia: Este plano pasa por un punto contenido en la arista principal de
corte y esta perpendicular a la dirección de corte.
Plano de medida de la herramienta: en este plano esta incluido la arista secundaria de
corte dada por el ángulo de posicionamiento lateral (  L ) según el plano de trabajo, en este
plano están los ángulos principales de la herramienta:  ,  , 
Plano de corte: este plano es paralelo a la dirección de corte, contiene el punto de
referencia y es perpendicular al plano de referencia.
3.3.2 Sistema efectivo de referencia
Este sistema de referencia es el que contiene la dirección de avance, cambia los ángulos
e inclina el sistema de referencia de la herramienta según sea el avance:
Plano efectivo de trabajo: este plano esta paralelo a la dirección de avance y la dirección
de corte, al sumar estos dos vectores se genera el vector efectivo de corte que da la
inclinación respectiva a los planos de medida , de corte y de referencia generando los
planos efectivo de corte , efectivo de medida y efectivo de referencia.
Plano efectivo de referencia: este plano es perpendicular a la dirección efectiva de corte
por lo que estará inclinado respecto al plano de referencia.
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Plano efectivo de medida: al igual que el plano de medida contiene a los ángulos
principales de corte  ,  ,  pero al considerar la dirección efectiva de corte estará
inclinado según esta dirección.
Plano efectivo de corte: este plano al igual que el plano de corte contiene la dirección
efectiva de corte y es perpendicular al plano efectivo de referencia.
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3.4 Sujeción de piezas en el torno
3.4.1 Objetivos:
· Inmovilización correcta de la pieza.
· Accesibilidad de las zonas a mecanizar.
· Capacidad para absorber los esfuerzos del mecanizado.
· Protección contra deformaciones para la pieza.
· Tiempos de amarre y desamarre cortos.
Los elementos de sujeción en las máquinas herramienta requieren un análisis
especial, aún cuando en la presentación de cada máquina se hará especial mención de
sus correspondientes sistemas de fijación. Se presentan de manera general algunas sus
principales características.
El plato universal, tiene tres bridas que se aproximan hacia el centro o se separan del
mismo simultáneamente, por eso éstas garantizan el centrado de la pieza (alineación de
los ejes de la pieza y del husillo), o sea, sirve de base la superficie cilíndrica exterior.
En las ranuras radiales del cuerpo 2 del plato se
desplazan las bridas 1. Estas últimas, con sus
salientes espirales de la parte inferior, encajan
en las ranuras de la rosca espiral de la rueda
dentada cónica grande 3, que se accione
mediante una llave, la cual se introduce en el
orificio cuadrado de uno de los piñones cónicos
pequeños 4, que están engranados en ésta.
Por la rosca espiral de la rueda cónica grande
las garras del plato pueden desplazarse
simultáneamente hacia el centro, o desde el
centro, apretando o aflojando la pieza.
Para la fabricación de las piezas de precisión se
emplean los platos con garras blandas
cambiables, las cuales se mandrinan antes de
mecanizar la partida de piezas, según el
diámetro de la superficie dada.
Las superficies de trabajo de las garras del plato
se desgastan irregularmente, por lo tanto, éstas
se deben rectificar periódicamente.
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Plato de cuatro barras
Consta de cuatro bridas de apriete con
desplazamiento independientemente de
éstas en las ranuras del cuerpo. Cada
una de las garras tiene una media tuerca
engranada con el tornillo que se
encuentra en la ranura.
3.4.2 Instalación y sujeción de las piezas brutas en los platos
Las piezas a mecanizar de pequeña longitud se fijan en los platos para los tornos
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4.
METODO A SEGUIR:
4.1
El profesor muestra a los alumnos los grados de libertad del torno paralelo, las
alternativas de fijación de la materia prima al torno, las herramientas
comercialmente disponibles para realizar las diversas operaciones de
torneado y el montaje de las mismas en el torno.
4.2
Mediante piezas previamente torneadas, el profesor muestra a los alumnos las
diversas superficies posibles de mecanizar en el torno.
4.3
Mediante las operaciones de cilindrado exterior y refrentado, el profesor
transmite al alumno los conceptos de: Sistema de referencia(planos de corte, de
referencia, de medida y de trabajo); los ángulos efectivos de la herramienta y los
medidos en el plano de referencia(κ,ε,κl); las condiciones de mecanizado (a, Vc, p);
sección de corte; la velocidad efectiva de corte; la dirección de la fuerza de
mecanizado( Fc, Fa, Fr); el tiempo de corte; entre otros.
4.4
El profesor realiza el montaje de diversas herramientas de torneado; y para cada
una de ellas, los alumnos deben identificar el sistema de referencia de la
herramienta y el sistema efectivo de referencia, y basado en ellos deben
visualizar los ángulos correspondientes.
4.5
El profesor entrega los valores de velocidad de corte, de avance y de profundidad
de corte, para que los alumnos calculen y seleccionen en la máquina la velocidad
de giro del usillo y el avance disponible. Luego, el profesor realiza operaciones de
cilindrado exterior y de refrentado con profundidades de corte bien definidas,
mientras los alumnos miden los tiempos de corte y de maniobra, y cuantifican las
dimensiones resultantes entre cada una de las operaciones.
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4.6
Mediante catálogos de herramientas de corte, los alumnos selecciones los valores
de velocidad de corte, de avance y de profundidad de corte. Además deben
considerar las limitaciones propuestas por el profesor de los parámetros típicos
como: Fuerza de corte máxima, potencia disponible y vida útil de la herramienta . Y
realizan un cilindrado exterior en desbaste, semi-acabado y acabado.
5.-
VARIABLES A CONSIDERAR
5.1
5.2
5.3
5.4
Operaciones en el torneado.
Parámetros de corte en operaciones de torneado
Material de la herramienta.
Material a tornear.
6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
Tipos de tornos.
Características técnicas de los tornos.
Principio de funcionamiento de la máquina herramienta torno.
Herramientas de corte para el torneado, (formas y tipo de material).
Criterios de selección de las condiciones de corte en el torneado.
7.-
EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR
7.1 Los cuatro tornos con sus respectivas herramientas y accesorios.
7.2 Un juego de herramientas de acero rápido con geometrías positiva, negativa y
neutra, disponibles solo para visualizar los sistemas de referencia y los ángulos
correspondientes.
7.3 Cuatro pié de metros.
7.4 Cuatro barras cilíndricas de acero SAE1020.
7.5 Cuatro brocas de centros.
7.7 Cuatro conjuntos de brocas
7.11 cuatro cronómetros.
7.12 Catálogos de herramientas de torno
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8.
LO QUE SE PIDE EN EL INFORME:
8.1 Las características técnicas de los equipos e instrumentos empleados en el
laboratorio.
8.2 Descripción del método seguido.
8.3 para cada operación analizada, presentar un esquema en 2D mostrando las
condiciones de, mecanizado y los ángulos efectivos fundamentales de las
herramientas de corte.
8.4 Un análisis de los resultados obtenidos, comentarios y conclusiones personales.
8.5 La referencia bibliográfica.
8.6 El apéndice con:
a.1.
Desarrollo de los cálculos.
a.2.
Presentación de resultados.
a.3.
Fotografías o esquemas de las operaciones analizadas.
a.4.
Resultado de la investigación al tema propuesto por el profesor
9.- BIBLIOGRAFÍA
9.1 H. Roberto Galicia Sánchez y et, “Metrología Dimensional”
9.2 Dino Ferraressi, Editorial Edgard Blücher Ltda.. Sao Paulo. Brazil “Fundamentos da
Usinagem Dos Metais”.
9.3 Guan Federico Micheletti; Editorial Blume. Barcelona- España, “Mecanizado por
Arranque de Viruta”.
9.4 Boothroyd; Editorial Megraw-Hill Latinoamericana S. A. Bogotá- Colombia,
“Fundamentos Del Corte de Metales y de lãs Máquinas Herramientas”
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