CAPITULO 6

Cap. 6: Listado de Máquinas-herramientas
y Herramientas
CAPÍTULO 6:
LISTADO
LISTADO DE
MÁQUINASMÁQUINASHERRAMIENTAS Y
HERRAMIENTAS
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Cap. 6: Listado de Máquinas-herramientas
y Herramientas
6. LISTADO DE MÁQUINAS-HERRAMIENTAS Y
HERRAMIENTAS
6.1 Clasificación de las herramientas
El proceso de fabricación de las piezas se realiza en varias máquinasherramientas, que son las encargadas de producir los movimientos necesarios para el
corte. El elemento que se ocupa de eliminar material es la herramienta de corte.
La clasificación de las herramientas de corte se muestra en la siguiente figura
(Figura 11) y como se puede observar están divididas según una serie de características
principales que son: el material del que están fabricadas, forma de construcción,
número de filos y forma de operar.
Figura 11. Clasificación de las herramientas de corte.
Respecto a los materiales de los que están fabricadas las herramientas de corte
tienen que ser capaces de soportar grandes esfuerzos, altas temperaturas y elevada
fricción, por tanto tendrán buenas características de resiliencia, tenacidad, resistencia al
desgaste y dureza a elevada temperatura. En el siguiente esquema (Figura 12) se muestra
la clasificación de los materiales mostrando algunas propiedades de cada uno de ellos:
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y Herramientas
Figura 12. Clasificación de los materiales de herramientas de corte.
Por la forma de construir las herramientas de corte, éstas se dividen en enterizas
o con plaquitas, como se vio en la Figura 11. Las enterizas están formadas por una sola
pieza y las de plaquitas se componen por un porta-herramientas más una serie de
plaquitas intercambiables. El porta-herramientas es donde se inserta la plaquita para su
posicionamiento y fijación de la misma, de forma que se pueda trabajar con ella en
condiciones óptimas. Este tipo de útil está estudiado de forma que no solamente soporte
la placa como herramientas de corte, sino que evite vibraciones y que su forma sea la
adecuada a cada tipo de trabajo, dando lugar a un intercambio de plaquitas sin perder los
puntos de máquina o sin tener que ajustar la medida de la herramienta a los programas
de máquina establecidos de antemano.
Tanto las plaquitas como los porta-herramientas se clasifican según su propia
Normativa ISO, debido a la gama tan grande de geometrías y la cantidad de medidas
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existentes. Su clasificación se realiza mediante una serie de letras y números, los cuales
tienen un significado que se verá a continuación:
SIGNIFICADO DE LA SIMBOLIZACIÓN DE PLAQUITAS DE METAL DURO
4ª letra:
tipo de fijación al
porta-herramientas
H Hexagonal A
3º
A
0,005Con agujero
W
0,025
avellanado una cara
O Octogonal B
5º
F
0,0050,025
T
P Pentagonal C
7º
C
0,0130,025
Q
Rómbica
80º
D
15º
H
0,0130,025
U
T Triangular E
20º
E
0,0250,025
B
V
Rómbica
35º
F
25º
G
0,0250,13
H
Con agujero
avellanado una cara
D
Rómbica
55º
G
30º
J
0,0050,025
C
Con agujero
cilíndrico
avellanado
S
Cuadrada N
0º
R
Redonda
11º
O
Con agujero
avellanado dos
caras
Con agujero
cilíndrico
Con ag. cil.
avellanado dos
caras
0,025Con agujero sin
L
A
0,025
avellanar
Con agu.
0,08M
M rompevirutas a una
0,13
cara
K
0,0130,025
J
N
0,080,025
Con agujero
G rompevirutas a dos
caras
U
013013
N
Sin agujero y sin
rompevirutas
R
Sin agujero y con
rompevirutas
Tabla 10. Significado de la simbolización de las plaquitas.
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Indica la calidad de la placa y el rompevirutas
P
Con agujero
avellanado una cara
Indica el radio en la punta de la placa
C
1ª
2ª
3ª
4ª
cifra cifra cifra cifra
Indica el espesor de la placa
3ª letra:
2ª letra:
tolerancia
ángulo de
en radio y
incidencia
espesor
Indica la longitud de la arista de corte
1ª letra:
indica la
geometría
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Así pues, si una placa indica “CNMG 12 04 08”, según la tabla, sus
características son:
C: Significa que es una placa de geometría en forma de rombo.
N: El ángulo de incidencia es de 0º.
M: Es la tolerancia de fabricación, en este caso es de ±0,05.
G: La fijación en el porta-herramienta es por tornillo.
12: Es la medida de la arista de corte (l), en este caso de 12 mm.
04: Es el espesor de la placa (s), en este caso de 4 mm.
08: Es el radio de la punta de la herramienta (rε), en este caso de 0,8 mm.
La simbolización del porta-herramientas se recoge de igual forma en la siguiente
tabla:
SIMBOLIZACIÓN DE LOS PORTA-HERRAMIENTAS DE METAL DURO
Fijación
C mediante
lengüeta
Fijación
S mediante
tornillo
Fijación
mediante
M
lengüeta
y tirante
Fijación
P mediante
leva
2ª letra:
indica la
forma de la
placa que
monta
C Rómbica
60º
D Rómbica
55º
S Cuadrada
T Triangular
V Rómbica
35º
W Hexagonal
R Redonda
3ª indica
tipo porta4ªletra:
herramienta ángulo de
según
incidencia
ángulo
90º
7º
C
A
B
75º
E
20º
D
E
F
45º
60º
90º
N
P
0º
11º
G
H
J
K
90º
107º
93º
75º
L
N
Q
5ªletra:
indica el
sentido de
corte
8ª letra:
6ª y 7ª
indica la
letras:
9ª
longitud
tamaño
cifra
del
mango
mango
8
8
Sentido
R de corte a 10 10
derechas
12 12
16 16
D
60
E
70
F 80
H 100
20 20 K 125
Sentido
L de corte a 25 25 M 150
izquierdas 32 32 N 160
40 40 P 170
95º
63º
15º
N
Sentido
de corte
neutro
8
8
R 200
50 50
S 300
T 350
U
Tabla 11. Significado de la simbolización de porta-herramientas.
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Indica la longitud de la arista de corte de la
placa en mm.
1ª letra:
indica
sistema
fijación de
la placa
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Si se tiene un porta-herramientas cuya denominación es PCLNR 16 16 H 09,
dichas letras significan lo siguiente:
P: Indica el tipo de fijación de la placa (en
este caso, como es P, indicaría fijación por
leva).
C: Indica la geometría de la placa que
inserta (en este caso, como es C sería una
placa rómbica de 60º).
L: Indica el ángulo del porta-herramienta
(en este caso la L será de 95º respecto a la arista de la pieza).
N: Indica el ángulo de desprendimiento de la placa (en este caso como lleva la letra N,
sería 0º).
R: Indica el sentido de trabajo del porta-herramienta (como lleva una letra R sería a
derechas).
16: Indica la medida del mango del porta-herramientas (será un cuadrado de 16 x16
mm).
H: Indica la longitud del mango (en este caso la longitud del mango será de 100 mm).
09: Indica la longitud de la arista de corte de la placa que monta (en este caso sería 9
mm)
6.2 Desgaste de las herramientas
A la hora de seleccionar la herramienta de corte adecuada para la fabricación un
parámetro importante a tener en cuenta es el desgaste de la misma. Este desgaste
depende de:
-
Material de la pieza
-
Material de la herramienta
-
Geometría de la herramienta
-
Parámetros de corte (Velocidad de corte, profundidad de pasada y avance)
Para el estudio del desgaste de la herramienta se comienza con la definición de
los parámetros característicos de su geometría, estos son: ángulo de filo principal y
secundario, ángulos de desprendimiento lateral y posterior, ángulos de incidencia lateral
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y posterior y el radio de punta, que determina la textura de la superficie mecanizada.
Además se realiza el estudio de la forma y tamaño de la viruta que se va a crear debido
al arranque del material (Figura 13).
Figura 13. Geometría de la herramienta.
Con este análisis y ayudados de las teorías de desgaste de la herramienta se
determina la vida útil de ésta. La teoría principal es la “Ecuación de Taylor” que
relaciona la velocidad de corte de la herramienta con la vida útil y el material de ésta a
través de la siguiente ecuación (Figura 14), donde “n” y “C” son constantes de Taylor
que dependen del proceso de mecanizado y de la calidad del material de la herramienta.
Figura 14. Vida útil de la herramienta.
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A la hora de seleccionar las herramientas para cada tipo de máquina y operación
que se va a aplicar en la fabricación de la pieza tratada en este proyecto, no se desarrolla
el estudio de desgaste y vida útil anteriormente mencionado, ya que ese estudio, entre
otros, lo lleva a cabo el fabricante de las herramientas. Este fabricante recoge en sus
catálogos las características a tener en cuenta al seleccionar la herramienta.
6.3 Elección de las herramientas necesarias
Dependiendo de la máquina y del proceso de mecanizado que se vaya a
desarrollar se han elegido una serie de herramientas, utilizando el catálogo del
proveedor “UNCETA” donde aparecen herramientas de varios fabricantes. El material
de las herramientas (metal duro o acero rápido) han sido seleccionadas por sus
adecuadas características para mecanizar el material de la pieza que se fabrica.
Herramientas para el torno
1. Refrentado:
Para el refrentado se usará una herramienta
enteriza, con una cuchilla de metal duro para
torneado frontal con rebaje (marca “Holex”)
con un mango de 20 mm (Figura 15).
Figura 15. Herramienta refrentado.
2. Cilindrado:
Para el cilindrado, tanto en desbaste como en acabado, se usará el portaherramienta de código PCLN R 16 16 H12 y las plaquitas, CNMG 120408 (Figura 16),
todo de la marca “Garant”.
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PCLN R1616 H12
CNMG 120408
Figura 16. Porta-herramienta y plaquita para cilindrado.
3. Moleteado:
Con un moleteador de presión de dos moletas de metal duro (marca “Zeus”) con
un diámetro de 20 mm, espesor de 8 mm y paso 1 mm se realizará el moleteado (Figura
17).
Figura 17. Herramienta de moleteado.
4. Chaflanes:
El código de las plaquitas para realizar los chaflanes es SNMG 120408 y el
porta-herramienta adecuado para éstas es PSSN R 20 20 K12, ambos de la marca
“Garant” (Figura 18).
PSSN R2020 K12
SNMG 120408
Figura 18. Porta-herramienta y plaquita para chaflanes.
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5. Roscado:
El tallado de la rosca se
realizará con una cuchilla de metal
duro para roscar exteriores (marca
“Holex”), que va soldada sobre un
mango cuadrado de acero de 20 mm,
de perfil 60º para rosca métrica
(Figura 19).
Figura 19. Herramienta para roscado.
6. Cajeado:
La plaquita de metal duro (marca “Garant”) para realizar el cajeado se basa en la
norma DIN 7993 cuyas medidas para el radio de 1 mm. son de W = 2 mm. y t = 1,20
mm. En la siguiente figura se muestran las dimensiones:
Figura 20. Plaquita para cajeado.
Herramientas para la fresadora
Para el fresado se dispondrá de una fresa frontal de planear (marca “Garant”) de
43º (ángulo de posición de la plaquita) de acero templado, de 63 mm de diámetro y 5
dientes. Las seis plaquitas que lleva son de ocho cortes y poseen un recubrimiento
TiC/TiN para aumentar la resistencia al desgaste (Figura 21).
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Figura 21. Fresa y plaquita para planear.
Herramientas para la taladradora
La broca (marca “Garant”) que se usa para realizar el taladro pasante es una
broca helicoidal de acero rápido (HSS) de diámetro 3 mm con mango cilíndrico, con
ángulo en la punta de 118º, una longitud de hélice de 33 mm. y una longitud total de 61
mm. (Figura 22)
Figura 22. Broca helicoidal.
Herramientas para la rectificadora
En todas las máquinas-herramientas anteriores se ha usado herramientas multifilos ó monofilos, en el caso de la rectificadora se utiliza un tipo de herramienta llamada
muela donde los filos son indefinidos ya que se trata de granos.
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La herramienta que se va a utilizar para la operación es una muela (marca
“Lukas”) de corindón artificial con mango de 6 mm de diámetro, de granulado grueso
(24-26) cuyo aglomerante es resina artificial y el grado de dureza es medio.
Figura 23. Muela de corindón.
Las dimensiones son: diámetro de 16 mm y una altura (ancho de la muela) de 30
mm, valor recomendado viene dado según la Tabla 12:
Tabla 12. Ancho de muela según los diámetros de las piezas que se rectifican.
Como resumen se muestra la siguiente tabla (Tabla 13), donde aparecen las
máquinas y las herramientas necesarias para el mecanizado de cada operación, además
del precio dado por el fabricante. A cada herramienta se le ha asignado un código para
su identificación, aparte del número de referencia que tiene en el catálogo del proveedor
(UNCETA).
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y Herramientas
Máquina
Herramienta
Cód.
Código fabric.
Pedido
Mín
Precio
(€)
Cuchilla de metal duro
con rebaje para refrentar
001
296700
1
7,49
Porta-herramientas
para plaquita de cilindrar
002P
256100
1
59,81
Plaquitas para
cilindrar
002
251300
10
5,93
Moletador de presión
de dos moletas (Ø 20 mm.)
003
290120
1
96
Recambio Moleta BL30º
N/A
290185
1
22,10
Porta-herramientas
para plaquita de chaflán
004P
256500
1
66,42
Plaquitas para
chaflanes de 45º
004
253930
10
7,02
Cuchilla de metal duro
para roscar exteriores
005
297150
1
13,16
Plaquita para
cajeado de radio 1 mm.
006
271025
10
18,75
FRESADORA
Fresa frontal de planear
(Ø 63 mm. y 5 dientes) y
plaquitas de 8 cortes
007
213300
213340
1
10
283,20
10,62
TALADRADORA
Broca helicoidal
de Ø 3 mm.
008
114050
10
0,61
RECTIFICADORA
Muela de corindón
30 mm. ancho
009
551600
10
1,07
TORNO
Tabla 13. Máquinas y herramientas utilizadas en la fabricación.
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6.4 Estimación del número de herramientas y máquinas necesarias
Para determinar el número de herramientas que se necesitan al año para fabricar
la cantidad de piezas prevista, se debe conocer el tiempo de corte empleado para cada
una de ellas por pieza. Los tiempos de mecanizado se calculan en el capítulo 7 a partir
de los cuales se halla el tiempo total de corte al año de cada herramienta (una vez se
multiplica por las 7136 piezas a fabricar anualmente). A modo resumen se exponen
dichos cálculos en la siguiente tabla donde, en negrita, se suman los tiempos totales por
operaciones con mismas herramientas (para concretar su cálculo véase cap. 7):
Fase
1
2
3x45º
1x45º
Tm/pieza
[min]
0,085
0,12
0,316
0,425
0,068
1,416
0,032
0,085
2,463
0,221
0,059
0,226
0,171
0,13
0,016
0,005
0,032
0,002
Desbaste
Acabado
0,135
0,397
3,192
379,64
*(6 operaciones)
Proceso
Refrentar
Desbaste
Acabado
Cilindrado
Desbaste
Cilindrado
Acabado
Moleteado
Chaflán 3x45º
Refrentar
Desbaste
Desbaste
Cilindrado
Desbaste
Acabado
Acabado
Cilindrado
Acabado
Roscado
Cajeado
Chaflán
3a8
fresado*
Tm/pieza/op.
[min]
0,17
4,199
Tm
(horas/año)
20,22
499,40
1,416
0,066
168,41
7,85
0,016
0,005
1,90
0,59
9
Taladrado
0,369
0,369
43,89
10
Rectificado
7,351
7,351
874,28
Tabla 14. Tiempos totales por tipo de operación.
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Cap. 6: Listado de Máquinas-herramientas
y Herramientas
Partiendo de esta base, para facilitar los cálculos sin perder demasiada exactitud
y mediante la ecuación de Taylor introducida anteriormente (según velocidades de
corte, ver Figura 14), se aproxima una vida de 60 horas para cada filo en las
herramientas de acero rápido, y de 100 horas en el caso de las de metal duro. Por otra
parte, se ha de tener en cuenta el número de filos efectivos de cada herramienta
(columna “nº de utilizaciones”). Con estos datos, el número de herramientas necesario,
así como su coste total anual, se muestran a continuación.
Herramienta
Tm
Nº
(horas/a
Utiliz.
ño)
Vida
Hta
[min]
Nº htas Precio /
/año
unidad
Coste
total
anual (€)
Cuchilla de metal duro
con rebaje para refrentar
20,22
1
100
13
7,49
97,37
Plaquitas para
Cilindrar
499,40
2
100
150
5,93
889,5
Recambio Moleta
20/1 BL30º (2 uds / Hta)
168,41
1
60
338
22,1
7469,8
Plaquitas para
chaflanes de 45º
7,85
2
100
3
7,02
21,06
Cuchilla de metal duro
para roscar exteriores
1,90
1
100
2
13,16
26,32
Plaquita para
cajeado de radio 1 mm.
0,59
3
100
1
18,75
18,75
Plaquitas para fresa frontal
de planear (6 uds / Hta)
379,64
8
100
174
10,62
1847,88
Broca helicoidal
43,89
1
100
27
0,61
16,47
Muela de corindón
30 mm. ancho
874,28
1
100
525
1,07
561,75
Porta-herramientas
para plaquita de cilindrar
--------
1
1
59,81
59,81
Porta-herramientas
para plaquita de chaflán
--------
1
1
66,42
66,42
Fresa frontal de planear
de Ø 63 mm. y 5 dientes
--------
1
1
283,2
283,2
Moletador de presión
de dos moletas (Ø 20mm).
--------
1
1
96
96
Total
Tabla 15. Número de herramientas y coste anual.
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11.454,33 €
Cap. 6: Listado de Máquinas-herramientas
y Herramientas
Para determinar cuántas máquinas se necesitan, se debe conocer los tiempos
totales empleados en la fabricación de una pieza, que incluyen los tiempos de
mecanizado, así como de preparación, maniobra y auxiliares. Su determinación se
realiza en el capítulo 7 y en la siguiente tabla se muestran resumidos:
Min./pieza
T. mecanizado
T. auxiliar
T. maniobra T. preparación
TORNO
5,869
0,955
6,11
0,082
FRESA
3,192
0,702
5,64
0,074
TALADRADORA
0,369
0,123
1,17
0,082
RECTIFICADORA
7,351
0,693
1,32
0,007
Tabla 16. Desglose de tiempos por pieza.
Los tiempos totales anuales empleados en cada máquina se muestran en la tabla
que se expone más abajo. El número de operarios necesarios para la fabricación de la
cantidad anual de piezas prevista vendrá dado por el cociente entre las horas anuales
trabajadas en cada máquina y las horas trabajadas al año por operario:
Nop =
tiempo trabajado en la máquina
tiempo trabajado por el operario
El número de horas que trabaja un operario al año es:
Nh = 40 horas
semana
* 46 semanas
año
= 1840 horas
año
En esta última tabla que a continuación se muestra, se resume finalmente el
número de operarios que serían necesarios para la producción anual. Dado el pequeño
número de operarios necesarios, será suficiente con establecer un único turno de trabajo,
por lo que el número de máquinas necesarias será igual al número de operarios.
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Cap. 6: Listado de Máquinas-herramientas
y Herramientas
Máquina
Nº
Nº
Min./pieza horas/año Nº operarios operarios
Máquinas
(corregido)
TORNO
13,02
1548
0,84
1
1
FRESA
9,61
1143
0,62
1
1
TALADRADORA
1,67
199
0,11
1
1
RECTIFICADORA
9,37
1114
0,61
1
1
Tabla 17. Máquinas y operarios necesarios.
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