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Torneado (a, b, c, d): produce piezas de trabajo rectas, cónicas, curvadas o ... dos guías o correderas (del tipo de cola de milano) con diversas secciones ...
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Indice Introducción ............................................................................................................................................................................ 2 Torneado ................................................................................................................................................................................. 4 Condiciones de corte .......................................................................................................................................................... 5 Componentes del torno ...................................................................................................................................................... 6 Métodos de sujeción del trabajo al torno........................................................................................................................... 7 Variables intervinientes en una operación de torneado .................................................................................................... 8 Valores característicos ........................................................................................................................................................ 9 Análisis del torneado......................................................................................................................................................... 10 Taladrado .............................................................................................................................................................................. 11 Brocas................................................................................................................................................................................ 11 Operaciones relacionadas con el taladrado...................................................................................................................... 13 Taladros............................................................................................................................................................................. 14 Análisis del taladrado ........................................................................................................................................................ 14

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Introducción Las partes manufacturadas mediante procesos de fundición, formado y moldeado requieren con frecuencia operaciones adicionales antes que el producto pueda utilizarse, por ejemplo: • • • • •

Superficies lisas y brillantes. Orificios de diámetro pequeño. Partes con detalles agudos, secciones roscadas y tolerancias dimensionales cerradas específicas. Orificios roscados. Acabado y/o texturas superficiales para propósitos funcionales o de apariencia.

Ninguno de los procesos de formado y modelado es capaz de producir partes con dichas características específicas, por lo que debe recurrirse a operaciones posteriores. El maquinado es un término general que describe un grupo de procesos cuyo propósito es la remoción de material y la modificación de las superficies de una pieza de trabajo, después de haber sido producida por diversos métodos. Por ende, el maquinado comprende operaciones secundarias y de acabado. Como contrapartida, las operaciones de maquinado tienen las siguientes desventajas: • • • •

Desperdician material. Generalmente se requiere de más tiempo para dar forma que mediante otros procesos. Requieren más energía que las operaciones de formado y moldeado. Pueden tener efectos adversos en la calidad de la superficie y en las propiedades del producto.

Los procesos de maquinado pueden dividirse en: Procesos de maquinado y acabado

Maquinado

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Maquinado avanzado

Acabado

Torneado

Maq. por descarga eléctrica con alambre

Rectificado de superficies

Taladrado

Maquinado químico

Rectificado sin centros

Fresado

Maquinado laser

Lapeado

Maq. por chorro de agua

Pulido electroquímico

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(a) Torneado, (b) Perforado, (c) Fresado periférico, (d) Fresado de frente. Como en otras operaciones de manufactura, es importante ver las operaciones de maquinado como un sistema que consta de: • • • •

Pieza de trabajo. Herramienta de corte. Máquina herramienta. Personal de producción.

El maquinado no se puede realizar en forma eficiente ni satisfacer especificaciones estrictas sin un conocimiento profundo de las interacciones entre estos cuatro elementos. El mecanizado es un proceso de manufactura donde se utiliza una herramienta de corte para quitar el exceso de material de un elemento de trabajo, arribando finalmente a la forma deseada de una pieza. La acción predominante del corte involucra la formación de una viruta, donde al removerse queda expuesta una nueva superficie.

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a) Sección transversal del proceso de mecanizado. (b) Herramienta con ángulo de ataque negativo. Prácticamente todos los metales sólidos y los plásticos se pueden mecanizar, los cerámicos presentan dificultades por su dureza y fragilidad, sin embargo se pueden cortar mediante procesos de mecanizado abrasivo.

Torneado Uno de los procesos de maquinado más básicos es el torneado, en el cual la pieza rota mientras se la está maquinando. Por lo general, el material inicial es una pieza de trabajo que se ha fabricado mediante otros procesos (fundición, forjado, extrusión, estirado, etc.). Los procesos de torneados, que suelen efectuarse en un torno o máquina herramienta similar, se ilustran a continuación:

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• • • • • • • • •

Torneado (a, b, c, d): produce piezas de trabajo rectas, cónicas, curvadas o ranuradas como ejes o flechas, husillos y pasadores. Frenteado o careado (e): produce una superficie plana al final de la pieza, perpendicular a su eje, útil para partes que se ensamblan con otros componentes. Ranurado frontal (f): crea ranuras para aplicaciones como asientos para sellos en forma de anillos O (O – rings). Cortes con herramientas de forma (g): produce diversas formas simétricas respecto del eje para efectos funcionales o estéticos. Mandrinado o perforado (h): agranda un orificio o cavidad cilíndrica fabricada mediante un proceso previo o produce ranuras circulares internas. Taladrado (i): produce un orificio que después puede mandrinarse para mejorar su precisión dimensional y acabado superficial. Tronzado o seccionado (j): corta una pieza del extremo de una parte. Roscado (k): produce roscas externas o internas. Moleteado (l): produce rugosidad con una forma regular sobre superficies cilíndricas, como en la fabricación de perillas.

Los productos comunes fabricados mediante este método pueden ser tan pequeños como los tornillos miniatura para las bisagras de los armazones de anteojos o tan grandes como las flechas de las turbinas para plantas de energía hidroeléctrica, los rodillos de los molinos de laminación, los cilindros y barriles para cañones, etc.

Condiciones de corte En las condiciones de corte intervienen la velocidad, el avance y la profundidad de corte. La velocidad de corte corresponde al movimiento realizado por el giro de la pieza, el avance resulta del desplazamiento lateral de la herramienta sobre la pieza y la penetración es la introducción de la herramienta dentro de la superficie de trabajo. El movimiento de avance de la herramienta es más lento que el movimiento de giro de la pieza.

Estas tres variables de la operación de mecanizado, dan lugar a un producto que obtiene la velocidad del volumen de remoción del material procesado: ݉݉ଷ ‫ ݒ݁ݎ‬ൈ ݉݉ ݉݉ ܸ௏௥ ቈ ቉ ൌ ‫ݒ‬൤ ൨ൈܽቂ ቃ ൈ ‫݌‬ሾ݉݉ሿ ‫݃݁ݏ‬ ‫݃݁ݏ‬ ‫ݒ݁ݎ‬ • •

VVr = Velocidad del volumen de remoción del material. v = velocidad de corte.

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• •

a = avance. p = profundidad de corte.

En otras operaciones de mecanizado estas unidades pueden ser diferentes. Las operaciones de mecanizado se dividen en dos categorías, según el propósito y las condiciones del corte: • •

Corte para desbaste. Corte para terminación.

Los cortes para desbaste, remueven gran cantidad de material tan rápido como sea posible, a fin de producir una forma cercana a la requerida, pero dejando material en la pieza para una operación posterior de terminado. Los cortes de terminación completan la pieza y alcanzan las dimensiones finales, las tolerancias y la rugosidad superficial. Para enfriar la herramienta, puede aplicarse un fluido lubricante en ella durante la operación de mecanizado. La determinación de utilizar un fluido de lubricación queda determinada por las condiciones del corte. Las condiciones de corte junto con el material de trabajo y las herramientas a utilizar, determinan el éxito de una operación de mecanizado. La mayoría de las operaciones de torneado comprenden el uso de herramientas de corte de un solo punto de corte o filo. Dichas herramientas se describen mediante una nomenclatura estandarizada, cada grupo de materiales de la pieza de trabajo tiene un grupo óptimo de ángulos de herramienta, que se han desarrollado en gran medida a través de la experiencia. El procedimiento usual en el maquinado consiste primero en efectuar uno o más cortes de desbaste a altas velocidades de avance y grandes profundidades de corte (y, por lo tanto, a altas velocidades de remoción de material) pero con poca consideración de la tolerancia dimensional y rugosidad de la superficie. Estos cortes van seguidos de operaciones de acabado, a un avance y profundidad de corte más bajos para producir un buen acabado superficial.

Componentes del torno •





Bancada: soporta los componentes principales del torno. Las bancadas tienen una masa grande y se construyen de manera rígida, por lo común de hierro gris o hierro fundido nodular. La parte superior de la bancada tiene dos guías o correderas (del tipo de cola de milano) con diversas secciones transversales que se endurecen y maquinan para mejorar la resistencia al desgaste y la precisión dimensional durante el torneado. Carro: el carro o ensamble del carro se desliza a lo largo de las guías y consta de un ensamble de la corredera transversal, portaherramientas y tablero. La herramienta de corte se monta en el portaherramientas, por lo general con un apoyo compuesto que gira para colocar y ajustar la misma. La corredera transversal se mueve radialmente controlando la posición radial de la herramienta de corte en operaciones como el frenteado. El tablero está equipado con mecanismos para el movimiento manual y mecanizado del carro y la corredera transversal por medio de un tornillo de avance. Cabezal: el cabezal se fija a la bancada y está equipado con motores, poleas y bandas V que suministran energía a un husillo a diversas velocidades de rotación o de giro. Éstas se pueden ajustar mediantes selectores de control manual o controles eléctricos. La mayoría de los cabezales están equipados con un juego de engranajes y algunos tienen varios accionamientos que proporcionan al husillo una gama de velocidades continuamente variables. Poseen, además, un husillo hueco en el que se montan los dispositivos de sujeción del trabajo (como mandriles y boquillas), a través de estos husillos se pueden alimentar barras o tubos largos para diversas

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operaciones de torneado. La precisión del husillo es importante para la precisión del torneado, sobre todo en el maquinado de alta velocidad. Carro de contrapunto: el carro de contrapunto, que puede deslizarse a lo largo de las guías y sujetarse en cualquier posición, soporta el otro extremo de la pieza de trabajo. Está equipado con un centro que puede fijarse o quedar libre para rotar con la pieza de trabajo (fijo o vivo respectivamente). En el carro del contrapunto pueden montarse brocas o escariadores para taladrar orificios axiales en la pieza de trabajo. Barra de avance y tornillo guía: la barra de avance se acciona mediante un juego de engranes a través del cabezal. La barra gira durante la operación del torno y proporciona movimiento al carro y a la corredera transversal.

En general, un torno se especifica por: • • •

Volteo: diámetro máximo de la pieza de trabajo que se puede maquinar. Distancia entre puntos: distancia máxima entre el cabezal y el contrapunto. Longitud de bancada.

Por ejemplo, un torno puede ser de 360mm x 760mm x 1830mm; lo que significa 360mm de volteo, 760mm entre ejes y 1830mm de bancada.

Métodos de sujeción del trabajo al torno. Se utilizan cuatro métodos para sujetar y hacer girar las partes de trabajo en el torno.

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Variables intervinientes en una operación de torneado • •



• • •

Velocidad de rotación (N): cantidad de vueltas por unidad de tiempo que da la herramienta sujeta al husillo, típicamente se mide en revoluciones por minuto (rpm). Carrera: es la distancia que deberá recorrer la herramienta (medida en mm) realizando la operación requerida, la misma puede ser: o Longitudinal (CL): es la distancia paralela al eje longitudinal de la pieza. o Radial (CR): es la distancia perpendicular al eje longitudinal de la pieza, se da en operaciones de frenteado. Avance: velocidad de movimiento de la herramienta respecto a la pieza (se mide en mm/vuelta), el mismo puede ser: o Longitudinal u horizontal (AH): avance paralelo al eje longitudinal de la pieza. o Radial (AR): avance perpendicular al eje longitudinal de la pieza. Profundidad de pasada (PP): cantidad de material removido en cada pasada de la herramienta, se mide en mm. Cantidad de pasadas (P): cantidad necesaria de pasadas a fin de llevar la pieza a la dimensión requerida. Tiempo de retiro (TR): tiempo que tarda la herramienta en volver a la posición de origen luego de haber efectuado el corte. Típicamente se mide en minutos.

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Valores característicos Material de la pieza de trabajo

Aceros de bajo carbono y de libre maquinado

Aceros de medio y alto carbono

Fundición de hierro gris

Acero inoxidable, austenítico Aleaciones para alta temperatura, base níquel Aleaciones de titanio Aleaciones de aluminio. Libre maquinado Alto silicio

Aleaciones de cobre

Aleaciones de tungsteno Termop. y termofijos Compósitos, grafito reforz.

Herramienta de corte

Carburo sin recubrimiento Carburo con recubrimiento de cerámico Carburo con triple recubrimiento Carburo con recubrimiento de TiN Cerámico de Al 2O3 Cermet Carburo sin recubrimiento Carburo con recubrimiento de cerámico Carburo con triple recubrimiento Carburo con recubrimiento de TiN Cerámico de Al 2O3 Cermet Carburo sin recubrimiento Carburo con recubrimiento de cerámico Carburo con recubrimiento de TiN Cerámico de Al 2O3 Cerámico de SiN Carburo con triple recubrimiento Carburo con recubrimiento de TiN Cermet Carburo sin recubrimiento Carburo con recubrimiento de cerámico Carburo con recubrimiento de TiN Cerámico de Al 2O3 Cerámico de SiN cBN policristalino Carburo sin recubrimiento Carburo con recubrimiento de TiN Carburo sin recubrimiento Carburo con recubrimiento de TiN Cermet Diamante policristalino Diamante policristalino Carburo sin recubrimiento Carburo con recubrimiento de cerámico Carburo con triple recubrimiento Carburo con recubrimiento de TiN Cermet Diamante policristalino Carburo sin recubrimiento Carburo con recubrimiento de TiN Carburo con recubrimiento de TiN Diamante policristalino Carburo con recubrimiento de TiN Diamante policristalino

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Propósito general Rectificado y acabado Profundidad Velocidad Profundidad Velocidad Avance Avance de corte de corte de corte de corte [mm/rev] [mm/rev] [mm] [m/min] [mm] [m/min] 90 60 - 135 245 - 275 120 - 425 0.35 185 - 200 90 - 245 1.5 - 6.3 0.5 - 7.6 0.15 - 1.1 105 - 150 60 - 230 0.25 395 - 440 365 - 550 0.30 215 - 290 105 - 455 75 45 - 120 185 - 230 120 - 410 0.30 120 - 150 75 - 215 1.2 - 4.0 2.5 - 7.6 0.15 - 0.75 90 - 200 45 - 215 335 245 - 455 0.25 170 - 245 105 - 305 90 75 - 185 0.32 200 120 - 365 90 - 135 1.25 - 6.3 0.4 - 12.7 0.1 - 0.75 60 - 215 0.25 455 - 490 365 - 855 0.32 730 200 - 990 150 75 - 230 0.35 1.5 - 4.4 0.5 - 12.7 0.08 - 0.75 55 - 200 85 - 160 0.30 185 - 215 105 - 290 25 - 45 15 - 30 45 20 - 60 30 - 55 20 - 85 2.5 0.15 0.25 - 6.3 0.1 - 0.3 260 185 - 395 215 90 - 215 150 120 - 185 35 - 60 10 - 75 1.0 - 3.8 0.15 0.25 - 6.3 0.1 - 0.4 30 - 60 10 - 100 490 200 - 670 550 60 - 915 1.5 - 5.0 0.45 0.25 - 8.8 0.08 - 0.62 215 - 795 490 760 305 - 3050 530 365 - 915 260 105 - 535 365 215 - 670 215 90 - 305 1.5 - 5.0 0.25 0.4 - 7.51 0.15 - 0.75 90 - 275 45 - 455 245 - 425 200 - 610 520 275 - 915 75 55 - 120 2.5 0.20 0.25 - 5.0 0.12 - 0.45 85 60 - 150 170 90 - 230 1.2 0.12 0.12 - 5.0 0.08 - 0.35 395 150 - 730 200 105 - 290 1.9 0.20 0.12 - 6.3 0.12 - 1.5 760 550 - 1310

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Análisis del torneado La velocidad de corte en el torneado se relaciona con la velocidad de rotación de la superficie cilíndrica de la pieza de trabajo por: ‫ݒ‬൤ • • •

‫ ݒ݁ݎ‬ൈ ݉݉ ‫ݒ݁ݎ‬ ൨ ൌ ݊ቂ ቃ ൈ ߨ ൈ ‫ܦ‬ሾ݉݉ሿ ݉݅݊ ݉݅݊

v = velocidad de corte. n = velocidad de rotación. D = diámetro original de la parte.

La operación de torneado reduce el diámetro del trabajo D al diámetro final d, que se determina por la profundidad del material a sacar P: ܲሾ݉݉ሿ ൌ • • •

ሺ‫ܦ‬ሾ݉݉ሿ − ݀ሾ݉݉ሿሻ 2

P = profundidad total del material a sacar. D = diámetro original de la parte. d = diámetro final de la parte.

El número necesario de pasadas m viene dado por: ݉ൌ • • •

ܲሾ݉݉ሿ ‫݌‬ሾ݉݉ሿ

m = cantidad de pasadas. P = profundidad total del material a sacar. p = profundidad de pasada.

El número de vueltas para el avance Va será: ܸ௔ ሾ‫ݒ݁ݎ‬ሿ ൌ • • • •

݉ ൈ ܿሾ݉݉ሿ ݉݉ ܽቂ ‫ ݒ݁ݎ‬ቃ

Va = cantidad de vueltas para el avance. m = cantidad de pasadas. c = carrera de torneado. a = avance de la herramienta.

El número de vueltas para el retroceso Vr será: ܸ௥ ሾ‫ݒ݁ݎ‬ሿ ൌ • • • •

݉ ൈ ܿሾ݉݉ሿ ݉݉ ‫ ݎ‬ቂ ‫ ݒ݁ݎ‬ቃ

Vr = cantidad de vueltas para el retroceso. m = cantidad de pasadas. c = carrera de torneado. r = retroceso de la herramienta.

El número de total de vueltas sumará avance y retroceso: ܸ௧ ሾ‫ݒ݁ݎ‬ሿ ൌ ܸ௔ ሾ‫ݒ݁ݎ‬ሿ + ܸ௥ ሾ‫ݒ݁ݎ‬ሿ •

Vt = cantidad total de vueltas.

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El tiempo total de mecanizado se determina por: ்ܶ௠ ሾ݉݅݊ሿ ൌ • • •

ܸ௧ ሾ‫ݒ݁ݎ‬ሿ ‫ݒ݁ݎ‬ ݊ቂ ݉݅݊ቃ

TTm = Tiempo total de mecanizado. Vt = cantidad total de vueltas. n = velocidad de rotación.

Taladrado La producción de orificios es una de las operaciones más importantes de manufactura y el taladrado es un proceso básico y común en la producción de orificios.

Brocas Hay disponibles varias herramientas de corte para hacer agujeros, pero la broca helicoidal es la más común. Sus diámetros fluctúan desde 0,15mm hasta 75mm. Las brocas helicoidales se usan ampliamente en la industria para producir agujeros en forma rápida y económica. La geometría estándar de la broca helicoidal se ilustra como sigue:

En general, las brocas poseen altas relaciones de longitud a diámetro, por lo que tienen la capacidad de producir orificios relativamente profundos. Sin embargo, son flexibles y deben ser utilizadas con precaución para evitar su rotura. Debido a que la viruta se mueve en dirección opuesta al movimiento de la broca, la eficacia de los fluidos de corte es baja, lo que ocasiona serias dificultades al taladrado. Por causa de la remoción de viruta y del calor, la profundidad del agujero que puede hacer una broca está limitada normalmente a no más de cuatro veces el diámetro. Por lo general, las brocas dejan una rebaba en la superficie inferior tras la penetración, lo que hace necesarias operaciones de rebabeo, además, debido a su acción giratoria, el taladrado produce orificios con paredes que tienen marcas circunsferenciales lo que puede afectar al material y a las propiedades de fatiga del orificio. Broca helicoidal Es la broca más común. El cuerpo de la broca tiene dos ranuras o canales helicoidales. El ángulo de las ranuras helicoidales se llama ángulo de la hélice, un valor típico tiene alrededor de 30°. Durante la operación, las ranuras actúan como canales de extracción de la viruta del agujero. Aunque es deseable que la abertura de las ranuras sea grande para proveer el claro máximo de la viruta, el cuerpo de la broca debe ser soportado sobre su longitud. Este soporte lo provee el alma o núcleo, que es el espesor de la broca entre las ranuras.

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Otras brocas

Además de la broca helicoidal ya descripta (indicada como Taladrado en la figura) existen varios tipos de brocas, donde se destacan: • • • • • •

Broca de núcleo o sondeo: se utiliza para agrandar agujeros existentes. Broca escalonada: produce orificios con dos o más diámetros diferentes. Broca de abocardar y avellanar: produce depresiones en la superficie para acomodar cabezas de tornillos y pernos bajo el nivel de la superficie de la pieza de trabajo. Broca de escariar: se utiliza para mejorar el acabado superficial de los orificios. Broca de centros: se utiliza para producir un extremo en el final de una pieza a fin de poder montarla entre los centros del torno. Broca para cañones. (a) broca helicoidal (b) broca escalonada (c) broca de surcos rectos (d) broca de paletas (e) broca para cañones (f) broca con punta de carburo soldada (g) broca con insertos de carburo

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Capacidades generales de las operaciones de taladrado y mandrinado Tipo de herramienta de corte Helicoidal Paleta Cañones Trepanado Mandrinado

Intervalo de diámetros [mm] 0.5 - 150 25 - 150 2 - 50 40 - 250 3 - 1200

Profundidad/diámetro del orificio Típico Máximo 8 50 30 100 100 300 10 100 5 8

Operaciones relacionadas con el taladrado

a) Escariado. Se utiliza para agrandar ligeramente un agujero, suministrar una mejor tolerancia en su diámetro y mejorar su acabado superficial. La herramienta se llama escariador el cual tiene por lo general ranuras rectas. b) Roscado interior. Esta operación se realiza por medio de un macho generando una rosca en el interior en un agujero existente. c) Abocardado. Se produce un agujero escalonado en el cual un diámetro más grande sigue a un diámetro más pequeño parcialmente dentro del agujero. Se utiliza para asentar las cabezas de los pernos dentro de un agujero de manera que no sobresalgan de la superficie. d) Avellanado. Operación similar al abocardado, salvo que el escalón en el agujero tiene forma de cono para tomillos y pernos de cabeza plana. e) Centrado. También llamado agujereado central, esta operación taladra un agujero inicial para establecer con precisión el lugar donde se perforará el siguiente agujero. La herramienta se llama mecha centradora. f) Refrenteado. Es una operación similar al fresado que se utiliza para suministrar una superficie maquinada plana en la parte de trabajo en un área localizada.

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Taladros Los taladros se utilizan en operaciones de taladrado de orificios y para machuelear, escariar y perforar diámetros pequeños. El taladro más común es la taladradora de columna o vertical, aunque también existen taladros radiales, multicabezales, multihusillos, etc. Taladradora de columna La pieza se coloca en una mesa ajustable, la broca se baja con un volante manual (que requiere cierta experiencia en la determinación de la velocidad adecuada) o mediante un avance accionado de manera mecánica a velocidades preestablecidas. Se denominan por el diámetro más grande de la pieza de trabajo que se puede acomodar en la mesa y pueden ir desde 150mm a 1250mm. Para mantener las velocidades de corte adecuadas en los filos de corte de las brocas, la velocidad del husillo tiene que ser ajustable y el mismo tiene que poder aceptar distintos tamaños y tipos de brocas.

Análisis del taladrado La velocidad de corte en una operación de agujereado es la velocidad superficial en el diámetro exterior de la broca. ‫ݒ‬൤ • • •

‫ ݒ݁ݎ‬ൈ ݉݉ ‫ݒ݁ݎ‬ ൨ ൌ ݊ቂ ቃ ൈ ߨ ൈ ݀ሾ݉݉ሿ ݉݅݊ ݉݅݊

v = velocidad de corte. n = velocidad de rotación de la broca. d = diámetro de la broca.

Las velocidades de avance son proporcionales al diámetro del taladro, los avances más altos se logran con brocas de diámetro grande. ܸ௦ ቂ • • •

݉݉ ‫ݒ݁ݎ‬ ݉݉ ቃ ൌ ݊ቂ ቃൈ‫ݏ‬ቂ ቃ ‫ݒ݁ݎ‬ ݉݅݊ ‫ݒ݁ݎ‬

Vs = velocidad de avance. s = avance de la broca. n = velocidad de rotación de la broca.

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Los agujeros realizados pueden ser completos o ciegos. En los agujeros completos, la broca sale en el lado opuesto del trabajo, mientras que en los ciegos el agujereado no es pasante.

El trayecto L de la broca será consecuencia de la profundidad del agujero: 1 ‫ܮ‬ሾ݉݉ሿ ൌ ݈ሾ݉݉ሿ + ൈ ݀ሾ݉݉ሿ 3 • • •

L = trayecto de la broca. l = profundidad del agujero. d = diámetro de la broca.

El tiempo de mecanizado será: ܶ௠ ሾ݉݅݊ሿ ൌ • • • •

‫ܮ‬ሾ݉݉ሿ ݉݉ + ܶோ ܸ௦ ቂ݉݅݊ቃ

Tm = tiempo de mecanizado. L = trayecto de la broca. Vs = velocidad de avance. TR = tiempo de retorno de la herramienta.

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