PARÁMETROS BÁSICOS DE UNA OPERACIÓN DE TALADRO

Al estudiar este procedimiento de arranque de viruta podría parecer a priori que existiría una cierta similitud con el torneado o fresado y que por tanto podríamos utilizar las mismas tablas y las mismas figuras, pero no es cierto ya que existe una gran diferencia entre estas operaciones y el taladrado. En la operación de taladrado la viruta procedente del corte queda en el interior del agujero y debe evacuarse.Para ello debe romperse la viruta con mayor eficacia que en otras operaciones. Esto y su evacuación se consiguen reduciendo la velocidad de corte y el avance como describiremos más adelante.La evacuación de la viruta resulta más difícil en agujeros de gran profundidad que en los de poca profundidad. Así se puede diferenciar claramente entre taladrado de agujeros cortos y de agujeros largos. Para diferenciarlos calculamos la relación entre la profundidad del agujero y su diámetro.

r=ProfundidadDiámetro

Si r es mayor o igual a 3 se considera agujero largo y sino agujero corto.En los agujeros cortos el régimen de arranque será elevado, por lo que la calidad será mayor. En los agujeros largos intentaremos mejorar la evacuación de la viruta disminuyendo la velocidad de arranque, por lo que la calidad final del agujero será menor.

Ángulos de las brocas helicoidales:Los ángulos más importantes en una broca helicoidal son los siguientes:

Ángulo de punta (ε): Es el ángulo que se forma entre la punta de la broca y la superficie perpendicular al eje de la herramienta. Varía en función del material a taladrar y marca la altura de salida.

Ángulo de la hélice (δ): Es el ángulo formado entre el canal de salida de la viruta y el eje de la broca. Influye en la salida de la viruta y depende del material a taladrar.

Ángulos de las brocas con plaquitas intercambiables

Los ángulos más importantes en una herramienta de plaquitas son los siguientes:

Ángulo de punta (…) Es el ángulo que se forma entre la punta de la broca y la superficie perpendicular al eje de la herramienta. Varía en función del material a taladrar y marca la altura de salida.

Ángulo de incidencia (α): Es el ángulo formado entre la arista de corte y la superficie perpendicular al eje de la herramienta. Varía en función del material a taladrar.

Ángulo de desprendimiento (γ) Es el ángulo que forma la arista de desprendimiento de viruta de la plaquita con el eje de la broca.

Recorrido de la herramienta y altura de salidaEl recorrido de la herramienta en el agujero será la longitud de listón de broca (L) introducida en el agujero más la altura de salida (h). En el caso de un agujero pasante, la longitud del listón será iguala la profundidad del agujero (p).

Sentido y rotación de giro:

En los talleres se ha visto que es conveniente, cuando se trata de movimiento de rotación, indicar como dato del sentido del mismo. Así, se dice que un movimiento de giro, o de rotación, tiene el sentido de giro << a la derecha >>, significando con ello que el giro tiene lugar en el mismo sentido que las agujas de un reloj. El sentido inverso se llama giro << a la izquierda >>

Hay brocas con rayado a la izquierda y a la derecha. Las primeras cortan hacia la izquierda, contra el sentido de las agujas de un reloj, y las ultimas hacia la derecha, en el sentido de las agujas del reloj. Los tornillos se introducen, por lo general, mediante un giro a la derecha y se sueltan girándolos a la izquierda. En los tornillos llamados de rosca izquierda ocurre lo contrario.

La designación << giro a la derecha o a la izquierda >> es completamente arbitraria, toda vez que se considera el sentido del movimiento de giro

mirándolo siempre desde el lado en que está el accionamiento. En las brocas, por lo tanto, desde el mango, y no desde la punta de la misma

Movimientos característicos en el taladrado:

Inicialmente podemos distinguir dos tipos de taladrado según si es la pieza la que se mueve (broca no rotativa) o si es la herramienta (broca rotativa). El método más usual es el de broca rotativa pero debido ala aparición de los tornos de control numérico es cada vez más común el taladrado con broca fija.

Los movimientos propios del mecanizado son el rotativo denominado velocidad de corte Vc y un avance lineal para profundizar el agujero. La distancia que profundizamos en la pieza por vuelta es. Lo que denominamos avance a. A la velocidad a la que la broca profundiza en la pieza es lo que llamamos velocidad de avance Va .

Parámetros de corte:I. Velocidad de corte:

En la siguiente tabla se muestran las velocidades de corte teóricas para el caso de agujeros cortos.Como vemos dependen del tipo de material a taladrar y el tipo de material de la broca. En la tabla también se muestra el ángulo de punta característico de la broca. Estas velocidades de corte son para taladrado en seco, en caso de utilizar un lubricante dicha velocidad podría aumentar hasta un 25 %.

Los valores de la tabla están calculados para un tiempo de vida de filo de la herramienta de 60 minutos.

Las velocidades de corte (VC) se dan normalmente para herramientas de corte hechas de acero de alta velocidad y se expresan en pies por minutos o en metros por minutos (FPM o MPM). Como las velocidades del husillo de la maquina se expresa en revoluciones por minuto (RPM), dichas velocidades pueden calcularse de la siguiente manera:

RPM=velocidaddecorte (enpiesporminuto )∗12( pulgadasporpie)

diametrodelcortador (enpulg . )∗π

RPM=VC∗12D∗π

Donde:

D = el diámetro de la broca

VC: una velocidad de corte asignada para un material en particular

También se puede expresar de la siguiente manera:

Donde:

D = el diámetro de la broca (en mm)

VC: velocidad de corte para un material en particular (en m/min)

CORRECCIONES PARA AGUJEROS LARGOS

En caso de agujeros largos r = 3 o r >3, los valores calculados anteriormente para velocidad de corte Vc o para avance a deben corregirse con la siguiente tabla 3. Estos valores deberán disminuirse en función del coeficiente r que es la relación entre profundidad y diámetro del agujero. Esta disminución de velocidades, recordémoslo, es necesaria en agujeros largos para evacuar la viruta.

CORRECCIONESSEG

ÚNL

APROFUNDIDAD DEL

AGUJERO

Relación r(profundidad/D)

Reducción de la velocidad de corte en %

Reducción del avance en%

3 10 10

4 20 105 30 206 35 20

7 37 208 40 20

Velocidades de corte reales

Debido a que las máquinas de taladrado convencionales no tienen una gama de velocidades continuas sino que suelen seguir una serie de revoluciones discontinua (serie de Renard), debemos escoger las revoluciones que nos marca la máquina más próxima a las que nos da por las tablas.

Imaginemos que tenemos una máquina que nos da una gama discontinua de revoluciones en el cabezal. Dentro de toda la gama distinguiremos una parte: ... 450, 560, 710, 900... (Rpm).

El valor obtenido en tablas es por ejemplo 625 rpm, un valor que está comprendido entre 560 y 710rpm. La máquina no nos dará en el cabezal 625 rpm por lo que escogeremos entre 560 o 710 rpm.

Si escogiésemos el valor más bajo, 560 rpm, la herramienta al trabajar más despacio se desgastaría menos, aumentando la vida por filo de la broca. Al taladrar más despacio necesitaremos más tiempo para producir las piezas.

Si escogiésemos el valor más alto, 710 rpm, la herramienta al trabajar más rápido se gastará más, disminuyendo la vida por filo de la broca. Al taladrar más rápido necesitaremos menos tiempo para producir las piezas.

Se escoge el valor menor si se precisa “Régimen de mínimo coste” ya que necesitaremos menos herramientas para producir la misma cantidad de piezas y por lo tanto tendremos menos costes de herramientas aunque aumenten los costes de máquina. Se utiliza cuando el coste de las herramientas es mayor que el coste de máquina/hora en el tiempo de producción.

En cambio se escoge el valor mayor si se quiere un “Régimen de máxima producción”. En este caso el tiempo de producción disminuirá y por tanto los costes de máquina. Por otro lado, necesitaremos más herramientas para producir la misma cantidad de piezas y por lo tanto tendremos mayores costes de herramientas. Se utiliza este régimen cuando el coste de las herramientas es menor que el coste máquina/hora en el tiempo de producción. Recordemos la gráfica Costes-velocidad de corte mostrada en el apartado de torneado. También es válida para el taladrado.

II. Velocidad de avance

La velocidad de avance Va es la velocidad a la que la broca penetra en la pieza. Por lo que será igual al avance por revolución por el número de revoluciones que da la máquina en un tiempo determinado. Su expresión será:

V f=a∗N

Siendo las unidades de a (mm/v) y N (rpm)

El avances de saca de tablas o se determina mediante ensayos. Cuanto mas grande sea el diámetro de la broca tanto mayor podrá elegirse el avance. Como orientación puede servir las siguientes ecuaciones empíricas:

Para acero:

a= 1100

∗√30∗d

Para fundición gris

a= 1100

∗√50∗d

El avance puede controlarse por el ‘sentido’’ de la acción de corte y observando la rebaba. Una rebaba larga y ondulada indica que la velocidad es excesiva. En los aceros blandos la rebaba correcta debe adoptar la forma de hélice enrollada a diámetro muy pequeño en ambas estrías. Algunos materiales, como el hierro fundido producen una rebaba granular. Los taladros que tienen avance automático están construidos para hacer avanzar la broca una longitud dada por cada revolución del husillo. Así, por ejemplo, 0.006 pulg. De avance significa que la broca avanza 0.006 pulg. Por casa revolución completa que da. La magnitud del avance varía de acuerdo al tamaño de la broca y al material de la pieza de trabajo

Avances de las brocas para agujeros cortosDebido a que las máquinas de taladrado tienen una gama de avances continua, el avance que obtengamos en tablas será el que utilizaremos en el taladro. Esto es cierto también para el caso de avances de brocas para agujeros largos. Determinaremos el avance de la broca en función de su diámetro, el material de la pieza y el material de la broca. Entrando por el diámetro de la broca en la tabla siguiente trazaremos una recta hasta la curva perteneciente al material de la pieza. Una vez en ese punto trazaremos una horizontal. A la izquierda de la tabla están los avances pertenecientes a brocas de acero al carbono y a la derecha las de acero rápido. Estos avances son teóricos y para agujeros cortos. Están calculados para velocidades de corte entre 8 y 12 m/min en el caso de brocas de acero al carbono y entre 12 y 25 m/min para aceros rápidos. Para velocidades de corte mayores y dentro de los márgenes de la tabla 1 disminuir un 12% de cara a trabajar en la asignatura. El uso de lubricante mejorará la velocidad de corte pero no el avance.

Los valores de la tabla están calculados para un tiempo de vida de filo de la herramienta de 60 minutos.

III. Tiempo del proceso:

El tiempo del proceso de taladrado tpr será igual al tiempo en que la herramienta mecaniza llamado tiempo de mecanizado tm más los tiempos improductivos timpr que comprenden los de posicionamientos de la broca, de cambio de broca, cambios de pieza, tiempos de imprevistos en que aunque no estamos propiamente mecanizando, debemos pagar ese tiempo de la máquina y del operario. Se calcula que el tiempo improductivo varía según el tipo de máquina utilizada variando entre un 20 y un 40 % del tiempo de mecanizado.

En las brocas reafilables existe un tiempo de afilado taf que debido a que se suele desarrollar en paralelo por otro operario en otra máquina no se le suma al tiempo del proceso, aunque se valore en los costes totales.

Tiempo de mecanizado

Es el tiempo tm que se tarda en taladrar todos los agujeros de una pieza nag por el número de piezas totales np. El tiempo que se tardaría en taladrar un solo agujero sería el espacio recorrido por la broca mientras taladra el agujero R = L + h, dividido por la velocidad a la que avanza la broca.

tm=(L+h )∗nag∗np

a∗N

Donde:

tm = Tiempo de mecanizado de todas las piezas (min).

R = L + h El recorrido de la broca al hacer el agujero (mm).

Va = Velocidad de avance de la broca (mm/min).

nag = Número de agujeros por pieza (agujeros/pieza).

np = Número de piezas (pieza)

N = numero de revoluciones (rpm)

Tiempo total del proceso

Es el tiempo total para realizar el taladro de todas las piezas:

Donde:

tpr = Tiempo del proceso de taladro (min)

tm = Tiempo de mecanizado de todas las piezas (min).

timp = Tiempos improductivos del proceso (min).

IV. Afilado de la broca:

Cuando se desgasta un filo de una broca re-afilable se puede volver a afilar mediante una muela. La longitud de broca que se necesita arrancar para afilarla se denomina merma. La broca puede afilar se hasta agotar su longitud útil a partir de la cual esta no puede realizar el taladrado correctamente. El número de filos con que puede taladrarse en una broca será:

Donde:

Naf = Número de filos por broca (filos/broca)

Lu = Longitud útil (mm)

m = Merma (mm)

V. FUERZA DE CORTEConsiderada la broca como una doble herramienta de corte sencillo, cada filo actuara como si fuera una herramienta simple y efectuaran las mismas fuerzas sobre cada uno de ellos, distinguiéndose las siguientes según la figura:

Fuerza principal de corte F1:Es necesaria para el arranque de viruta. Su valor se calcula por la formula siguiente:

Donde:F1: fuerza principal de corte en kgKs: coeficiente de desgarramiento del material a: avance por vuelta en mm de la broca o de la pieza d: diámetro de la broca en mm

Los valores de k se sacan de la tabla siguiente:

Fuerza principal de corte F2:Mediante esta fuerza se realiza el movimiento de avance de la brocaConsiderando los estudios realizados sobre esta fuerza, la punta de la broca y hechas las transformaciones necesarias, el valor

total de avance, F, es la suma de las dos fuerzas F2 se determinara por esta formula:

Tanto las fuerzas radiales, que quedan anuladas entre si por ser opuestas e iguales, como las demás que se originan en el taladro

VI. Momento torsorNo ocurre así con el momento de torsión originado por el conjunto de todas ellas y que es necesario conocer para no sobrepasar la resistencia de la broca que sigue:

M: momento del par torsor en m/kgEs particularmente interesante tenerla en cuenta en los distintos re afilados donde si el alma de la broca es demasiado gruesa, el esfuerzo para realizar el trabajo es excesivo y la broca se romperá. También la potencia consumida aumentará con la mayor dificultad en el trabajoIgualmente se romperá la broca con facilidad cuando al descargar el alma de la herramienta para que penetre mejor, debilita en exceso la resistencia de los filos de corte. Se admite y e como valor /aproximado, un espesor para el alma de la broca de 1/8 a 1/9 de su diámetro nominal

VII. Potencia de corte:En la potencia de corte intervienen el diámetro de la broca, el número de revoluciones, el avance, ángulo de filo de la herramienta y la resistencia del materialSus componentes todos ellos de la fuerza de giro necesarios para vencer la resistencia de corte del material y de la fuerza axial que necesite avance. La fuerza axial aumenta hasta un 300 por 100 en las brocas mas afiladasLa potencia de corte necesaria para cada filo viene dado por la fórmula:

Teniendo en cuenta que Vm representa la velocidad media de corte:

Y por lo que son dos filos que están en trabajo, la formula final sería:

Donde:Pc: potencia de corte en KWa: avance de la broca en mm. Por vuelta.d: diámetro de la broca en mmN: numero de revoluciones por minutoF1: fuerza especifica de corte en Kg.

Para hallar la potencia motor basta con dividir la potencia de corte, por el rendimiento:

VIII. Refrigerante y aceites de corte:

Se emplea una gran variedad de refrigerantes y aceites de corte para los trabajos de taladrado hechos en maquinas. Se emplean aceites emulsionantes o solubles (ya sea mineral o sintético) mezclado con agua para el taladrado de agujeros en los que el requisito principal es usar un medio de enfriamiento poco costoso

Factores que afectan la velocidad de taladro:

El tipo de maquina y las condiciones en que se encuentran La precisión y acabado que se desean para el agujero La rigidez del trabajo El uso de un fluido de corte

Resumen de parámetros que afectan a una operación de taladrado Velocidad de Corte, VC (m/mm):

V C=π∗D∗N1000

Donde: VC: velocidad de corte en m/minD: diámetro de la broca en mmN: velocidad de rotación en rpm

Velocidad de Avance, Vf (mm/mm):V f=a∗N

Donde:Vf: velocidad de avance en mm/mina: avance por revolución en mm/Rev.N: velocidad de rotación en rpm

Avance por Filo, fz: (mm/diente)

f z=V f

z∗NDonde:

fz: avance en mm/dienteVf: velocidad de avance en mm/minz: Nº de filosN: velocidad de rotación en RPM

Espesor de corte, ac (mm): ac=f z∗sin(k¿¿ r)¿

Donde:ac: espesor de corte en mmfz: avance por filo en mmkr: ángulo de posición en radianes

Anchura de Viruta, aw (mm)

aw=

D2

sin(k r)Donde:

aw: anchura de viruta en mm

D: diámetro de la brocakr: ángulo de posición en radianes

Sección de viruta, SC (mm2):Sc=ac∗aw

ó

Sc=f z∗D2

Donde:Sc: sección de viruta en mm2

ac: espesor de corte en mmaw: anchura de viruta en mmfz: avance por filo en mmD: diámetro de la broca en mm

Fuerza de corte, FC (N):F c=ps∗SC

Donde:FC: Fuerza de corte (N)ps: Energía especifica de corte (N/mm2) SC: Sección de viruta

Potencia de corte, PC (W):

PC=

Z∗FC∗V C

260

Donde:z: Nº de filosPC: Potencia de corte en WFC: Fuerza de corte en NVc: Velocidad de corte en m/min

AAAAAAAAAAAAAAAAAAA

A