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Una broca es una herramienta de corte no giratoria que se utiliza en tornos , perfiladoras y cepilladoras de metal . Dichos cortadores también se denominan a menudo por el nombre de frase establecida de herramienta de corte de un solo punto , a diferencia de otras herramientas de corte, como una sierra o una cortadora de chorro de agua . El filo se rectifica para adaptarse a una operación de mecanizado particular y se puede reafilar o remodelar según sea necesario. La broca de la herramienta de tierra se sujeta rígidamente por un portaherramientas mientras se corta.
Geometría [ editar ]
El rastrillo trasero ayuda a controlar la dirección de la viruta, que naturalmente se curva en el trabajo debido a la diferencia de longitud entre las partes exterior e interior del corte. También ayuda a contrarrestar la presión contra la herramienta desde el trabajo tirando de la herramienta hacia el trabajo.
El rastrillo lateral junto con el rastrillo trasero controla el flujo de viruta y contrarresta parcialmente la resistencia del trabajo al movimiento del cortador y se puede optimizar para adaptarse al material particular que se está cortando. El latón, por ejemplo, requiere una inclinación lateral y trasera de 0 grados, mientras que el aluminio utiliza una inclinación posterior de 35 grados y una inclinación lateral de 15 grados.
Nose Radius hace que el acabado del corte sea más suave, ya que puede superponerse al corte anterior y eliminar los picos y valles que produce una herramienta puntiaguda. Tener un radio también fortalece la punta, siendo una punta afilada bastante frágil.El radio de la nariz varía dependiendo de las operaciones de mecanizado como desbaste, semiacabado o acabado y también del material del componente que se corta como acero, hierro fundido, aluminio y otros.
Todos los demás ángulos son para espacio libre para que ninguna parte de la herramienta, además del filo real, pueda tocar el trabajo. El ángulo de holgura frontal suele ser de 8 grados, mientras que el ángulo de holgura lateral es de 10-15 grados y depende en parte de la velocidad de avance esperada.
Se recomiendan ángulos mínimos que hagan el trabajo requerido porque la herramienta se debilita a medida que el borde se vuelve más afilado debido a la disminución del soporte detrás del borde y la capacidad reducida para absorber el calor generado por el corte.
Los ángulos de inclinación en la parte superior de la herramienta no necesitan ser precisos para cortar, pero para cortar de manera eficiente, habrá un ángulo óptimo para la inclinación lateral y posterior.
Materiales [ editar ]
Aceros [ editar ]
Originalmente, todas las brocas para herramientas estaban hechas de aceros para herramientas con alto contenido de carbono con el endurecimiento y revenido adecuados . Desde la introducción del acero de alta velocidad (HSS) (primeros años del siglo XX), carburo sinterizado (1930), cortadores de cerámica y diamante, esos materiales han reemplazado gradualmente a los tipos anteriores de acero para herramientas en casi todas las aplicaciones de corte. La mayoría de las brocas de hoy en día están hechas de HSS, acero al cobalto o carburo.
Carburos y cerámicas [ editar ]
El carburo , la cerámica (como el nitruro de boro cúbico) y el diamante, que tienen mayor dureza que el HSS, permiten una eliminación de material más rápida que el HSS en la mayoría de los casos. Debido a que estos materiales son más caros y más frágiles que el acero, típicamente el cuerpo de la herramienta de corte está hecho de acero y se adjunta un pequeño borde de corte hecho del material más duro. El borde de corte generalmente se atornilla o se sujeta (en este caso se llama inserto), o se suelda a un vástago de acero (esto generalmente solo se hace para carburo).
Inserta [ editar ]
Casi todas las herramientas de corte de alto rendimiento utilizan plaquitas intercambiables . Hay varias razones para esto. En primer lugar, a las velocidades de corte muy altas y las alimentaciones soportadas por estos materiales, la punta de corte puede alcanzar temperaturas lo suficientemente altas como para derretir el material de soldadura fuerte que lo sujeta al vástago. La economía también es importante; Los insertos se realizan de forma simétrica para que cuando el primer filo de corte esté desafilado se pueda girar, presentando un filo de corte nuevo. Algunas plaquitas incluso se fabrican de modo que se puedan voltear, dando hasta 16 filos de corte por plaquita. Hay muchos tipos de plaquitas: algunas para desbastar, otras para acabado. Otros están hechos para trabajos especializados como cortar roscas o ranuras. La industria emplea una nomenclatura estandarizada para describir los insertos por forma, material, material de recubrimiento y tamaño.
Herramientas de formulario [ editar ]
Una herramienta de forma se rectifica con precisión en un patrón que se asemeja a la pieza que se va a formar. La herramienta de encofrado se puede utilizar como una sola operación y, por lo tanto, elimina muchas otras operaciones de las guías (frontal, trasera y / o vertical) y la torreta, como las herramientas de caja . Una herramienta de encofrado da vuelta a uno o más diámetros mientras alimenta el trabajo. Antes del uso de herramientas de encofrado, los diámetros se tornaban mediante múltiples operaciones de deslizamiento y torreta, por lo que se requería más trabajo para hacer la pieza. Por ejemplo, una herramienta de encofrado puede tornear muchos diámetros y, además, también puede cortar la pieza en una sola operación y eliminar la necesidad de indexar la torreta. Para las máquinas de un solo husillo, eludir la necesidad de indexar la torreta puede aumentar drásticamente las tasas de producción de piezas por hora.
En trabajos de ejecución prolongada, es común utilizar una herramienta de desbaste en una estación de torreta o deslizamiento diferente para eliminar la mayor parte del material y reducir el desgaste de la herramienta de encofrado.
Existen diferentes tipos de herramientas de formulario. Las herramientas de moldeado por inserción son las más comunes para trabajos de corto a mediano alcance (50 a 20.000 unidades). Las herramientas de forma circular son generalmente para trabajos más largos, ya que el desgaste de la herramienta puede aflojarse de la punta de la herramienta muchas veces a medida que se gira la herramienta en su soporte. También hay una herramienta de biselado que se puede utilizar para cortes de acabado ligeros. Las herramientas de encofrado pueden estar hechas de acero al cobalto, carburo o acero de alta velocidad. El carburo requiere cuidados adicionales porque es muy frágil y se astillará si se producen vibraciones.
Un inconveniente cuando se utilizan herramientas de encofrado es que la alimentación en el trabajo suele ser lenta, de 0,0005 "a 0,0012" por revolución, dependiendo del ancho de la herramienta. Las herramientas de forma ancha generan más calor y por lo general son problemáticas para la vibración. El calor y la vibración reducen la vida útil de la herramienta. Además, las herramientas de encofrado más anchas que 2,5 veces el diámetro más pequeño de la pieza a girar tienen un mayor riesgo de que la pieza se rompa. [1] Al girar longitudes más largas, se puede utilizar un soporte de la torreta para aumentar la longitud de giro de 2,5 veces a 5 veces el diámetro más pequeño de la pieza que se gira, y esto también puede ayudar a reducir la vibración. A pesar de los inconvenientes, la eliminación de operaciones adicionales a menudo hace que el uso de herramientas de formulario sea la opción más eficiente.
Portaherramientas [ editar ]
Al limitar la costosa punta de corte duro a la pieza que realiza el corte real, se reduce el costo de las herramientas. El portaherramientas de soporte se puede fabricar entonces con un acero más resistente, que además de ser más económico, suele adaptarse mejor a la tarea, siendo menos frágil que los materiales de última generación.
Los portaherramientas también pueden diseñarse para introducir propiedades adicionales a la acción de corte, tales como
- Aproximación angular: dirección de desplazamiento de la herramienta.
- carga de resorte: deflexión de la broca de la herramienta lejos del material cuando se aplica una carga excesiva.
- voladizo variable: la broca de la herramienta se puede extender o retraer según lo requiera el trabajo.
- rigidez: el portaherramientas se puede dimensionar de acuerdo con el trabajo a realizar.
- directa fluido de corte o refrigerante para el área de trabajo.
Tenga en cuenta que, dado que la rigidez (en lugar de la resistencia) suele ser el factor determinante del diseño de un portaherramientas, el acero utilizado no necesita ser particularmente duro o fuerte, ya que hay relativamente poca diferencia entre las rigideces de la mayoría de las aleaciones de acero.
Soportes utilizados en tornos [ editar ]
Portabrocas y poste de herramientas [ editar ]
El poste de herramientas es la parte de un torno para trabajar metales que sostiene la broca de la herramienta directamente o sostiene un portaherramientas que contiene la broca de la herramienta. Hay una gran variedad de diseños para postes de herramientas (incluidos postes de herramientas básicos, postes de herramientas basculantes, postes de herramientas de cambio rápido y torretas de postes de herramientas) y portaherramientas (con geometría y características variables).
Herramienta de caja [ editar ]
Una herramienta de caja está montada en la torreta de un torno de torreta o una máquina de tornillo . Es esencialmente un poste de herramientas que lleva consigo el descanso de su seguidor. Una broca de herramienta (o varias brocas de herramienta) y un apoyo del seguidor compacto (generalmente en forma de V o con dos rodillos [2]) están montados uno frente al otro en un cuerpo que rodea la pieza de trabajo (forma una "caja" a su alrededor). A medida que la broca ejerce una fuerza de desviación lateral sobre la pieza de trabajo, el apoyo del seguidor se opone a ella, proporcionando rigidez. Un tipo diferente y popular de herramienta de caja utiliza dos rodillos en lugar de un apoyo del seguidor. Un rodillo se llama "rodillo de dimensionamiento" y el otro rodillo se llama "rodillo de pulido". Los rodillos giran con la culata para reducir las cicatrices en el giro terminado. Se pueden usar brocas de herramientas opuestas (en lugar de un descanso) para cancelar las fuerzas de desviación de las demás (lo que se denomina "herramienta de torneado equilibrado"), en cuyo caso la herramienta de caja comienza a superponerse en forma, función e identidad con un molino hueco .
Soportes utilizados en modeladores, ranuradores y cepilladores [ editar ]
Caja de badajo [ editar ]
Los moldeadores, ranuradores y cepilladores a menudo emplean una especie de portaherramientas llamado caja de clapeta que se balancea libremente en la carrera de retorno del ariete o cama. En el siguiente golpe de corte, vuelve a "dar palmadas" a la posición de corte. Su movimiento es análogo al de un estilo de mariposa válvula de retención .
Soportes utilizados en fresadoras [ editar ]
Cortadores de moscas [ editar ]
Los cortadores de moscas son un tipo de cortador de fresado en el que se montan una o dos brocas. Las brocas giran con la rotación del eje, haciendo cortes enfrentados. Los cortadores de moscas son una aplicación de brocas de herramientas donde las brocas son parte de una unidad giratoria (mientras que la mayoría de las otras brocas de herramientas son lineales).
Historia [ editar ]
Las brocas se han utilizado durante siglos, sin embargo, su desarrollo tecnológico adicional continúa incluso hoy. Antes de 1900, casi todas las brocas las fabricaban sus usuarios, y muchos talleres mecánicos tenían forjas . De hecho, se esperaba que los buenos maquinistas tuvieran conocimientos de herrería , y aunque la química y la física del tratamiento térmico del acero no se entendían bien (en comparación con las ciencias actuales), el arte práctico del tratamiento térmico era bastante avanzado, y algo que la mayoría los trabajadores metalúrgicos calificados estaban cómodamente familiarizados. Las brocas para herramientas estaban hechas de aceros al carbono para herramientas, que tienen un contenido de carbono lo suficientemente alto como para soportar bien el endurecimiento. Cada broca se forjó con un martillo, se enfrió y luego se molió con una piedra de afilar . Los detalles exactos del tratamiento térmico y la geometría de la punta eran una cuestión de experiencia y preferencia individual.
Se produjo un avance tecnológico sustancial en el período 1890-1910, cuando Frederick Winslow Taylor aplicó métodos científicos al estudio de las brocas de herramientas y su rendimiento de corte (incluida su geometría, metalurgia y tratamiento térmico, y las velocidades y avances resultantes , profundidades de corte , tasas de remoción de metal y vida útil de la herramienta). Junto con Maunsel White y varios asistentes, desarrolló aceros de alta velocidad (cuyas propiedades provienen tanto de sus mezclas de elementos de aleación como de sus métodos de tratamiento térmico). Sus experimentos de corte masticaron toneladas de material de piezas de trabajo, consumieron miles de brocas y generaron montañas de virutas. Fueron patrocinados en gran parte por William Sellers (director de Midvale Steely astillero de Cramp) y más tarde por Bethlehem Steel . [3] Taylor no solo desarrolló nuevos materiales para hacer cortadores de un solo punto, sino que también determinó la geometría óptima (ángulos de inclinación, ángulos de paso, radios de morro, etc.). Desarrolló la ecuación de Taylor para la esperanza de vida de la herramienta . Después de Taylor, ya no se daba por sentado que el arte negro de los artesanos individuales representaba el más alto nivel de tecnología metalúrgica. Esto fue parte de una tendencia más amplia durante los siglos XIX y XX por la cual la ciencia se mezcló con el arte en la cultura material de la vida cotidiana ( ciencia aplicada ).
Stellite pronto se unió a los aceros de alta velocidad como material para cortadores de un solo punto. Aunque el torneado de diamantes había existido durante mucho tiempo, no fue hasta que surgieron estos nuevos y costosos metales que surgió la idea de cortar plaquitasse convirtió en una aplicación común en el mecanizado. Antes de esto, la mayoría de los cortadores de un solo punto se forjaban completamente con acero para herramientas (luego se molían en la punta). Ahora se volvió más común colocar una punta separada (de un material) a un soporte (de otro). Con el desarrollo de insertos de carburo cementado (década de 1920) y cerámica disponibles comercialmente (después de la Segunda Guerra Mundial), esta tendencia se aceleró, porque el carburo y la cerámica son incluso más caros y menos adecuados para servir como vástago. Sin embargo, el desarrollo tecnológico no desplazó inmediatamente las formas antiguas. Entre 1900 y 1950, todavía no era raro que un maquinista forjara una herramienta con acero al carbono.
Hoy en día, entre los cortadores de un solo punto utilizados en la producción en masa (como las piezas de automóviles), las herramientas de inserción que utilizan carburo y cerámica superan en número a las herramientas de acero al cobalto o HSS. En otros contextos de mecanizado (por ejemplo, talleres de trabajo, talleres de herramientas y práctica de aficionados), estos últimos todavía están bien representados. Se ha desarrollado un sistema completo de notación estándar de la industria para nombrar cada tipo de geometría de plaquita. El número de formulaciones de carburo y cerámica sigue aumentando y el diamante se utiliza más que nunca. Las velocidades, avances, profundidades de corte y temperaturas en la interfaz de corte continúan aumentando (esto último contrarrestado por un abundante enfriamiento a través de líquido, aire o aerosoles), y los tiempos de ciclo continúan reduciéndose. La competencia entre los fabricantes de productos para reducir los costos unitarios de producción impulsa continuamente el desarrollo tecnológico de los fabricantes de herramientas, siempre que los costos de I + D y la amortización de la compra de herramientas sean menores que la cantidad de dinero ahorrada por los aumentos de productividad (por ejemplo, reducción de gastos salariales).
Ver también [ editar ]
- Desgaste de la herramienta
- Herramientas de diamante
- Equilibradora
- Gestión de herramientas
Referencias [ editar ]
- ^ Brown & Sharpe, Manual de la máquina de tornillos automática p. 122
- ^ Hartness, James (1910), Manual de torno de torreta plana Hartness , Springfield, Vermont, Estados Unidos: Jones and Lamson Machine Company, p. 89
- ^ Kanigel, Robert (1997), The One Best Way: Frederick Winslow Taylor y el enigma de la eficiencia , Viking Penguin, ISBN 0-670-86402-1
