ES2202219T3 - Procedimiento para el mecanizado sin rayas por arranque de virutas de superficies simetricas al giro. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el mecanizado con arranque de viruta de superficies simétricas al giro (1a) en una pieza rotativa (1), caracterizado por el hecho de que se realiza un corte (2a) torcido con respecto al eje de rotación (10) de 5 la pieza (1), en un movimiento de avance lineal (3, 3¿) transversal al eje de rotación (10), que contacta a lo largo de la pieza giratoria (1), de manera que los parámetros de mecanizado, en particular el avance espacial (fr) y el ángulo de inclinación (a) del filo cortante, se eligen de tal modo que la raya que aparece en la superficie mecanizada (1a) resulta mínima con respecto al paso de raya (s) y/o la profundidad de raya (t), de modo especial la profundidad de raya (t).

Description

Procedimiento para el mecanizado sin rayas por arranque de virutas de superficies simétricas al giro.

I. Campo de aplicación

El invento hace referencia al mecanizado con arranque de viruta de superficies giratorias, en especial de rotación simétrica centrada, de una pieza metálica, particularmente de acero o de fundición gris, también en estado endurecido, mediante filo o filos cortantes determinados geométricamente.

II. Antecedentes técnicos

El mecanizado rotativo de piezas simétricas al giro, tanto en estado blando como endurecido, con un determinado filo de corte geométrico, forma parte de la técnica actual. En parte, con ello se sustituyen procedimientos de rectificado, pulido, bruñido y otros similares.

Entretanto, se dispone de materiales de corte, que proporcionan una suficiente duración, también para el mecanizado de piezas endurecidas, en las más diversas formas de realización.

Generalmente, después del endurecido se requiere un mecanizado, incluso cuando el mecanizado previo se ha realizado con alta precisión, dado que en el proceso de endurecimiento suelen aparecer en parte notables deformaciones debidas al endurecimiento. Por tanto, es indispensable un procedimiento que restituya de nuevo la precisión de medidas de la pieza.

El torneado longitudinal siempre genera una superficie que presenta rayas, y por cierto sea cual sea el material mecanizado, y que este esté o no endurecido, respectivamente.

Dicha superficie presenta estructuras regulares (estrías o elevaciones en forma de rebabas), que corresponden a una estructura de rosca (rayas) y que producen un paso debido al avance de la herramienta a lo largo de la pieza giratoria.

Lo mismo sirve para las superficies de piezas cilíndricas, en forma de cono u otras formas. Así aparecen por ejemplo formas de una rosca o parte de la misma sobre la superficie de la pieza obtenida.

La formula de relación, que describe la profundidad de rosca o rugosidad de la estructura en forma de rosca, se expone en la figura 3.

Dado que los valores de mecanización por arranque de virutas, de modo especial en piezas endurecidas, y para elevadas calidades superficiales, son generalmente muy pequeños, con frecuencia se produce un lento avance de la mecanización o una reducida capacidad productiva de virutas, respectivamente.

Mientras que la capacidad productiva de virutas relativamente baja representa un claro inconveniente económico, las superficies afectadas por rayas plantean problemas para las juntas que se apoyan sobre las mismas, de modo especial cuando se mueven con respecto a la superficie, por ejemplo un eje rotativo dentro de una junta estable. En este sentido las juntas pueden ser los conocidos anillos de junta para ejes radiales.

Una superficie afectada por tales rayas alimenta, mediante las estrías o rebabas en forma de rosca, refrigerante, lubrificante, etc. a lo largo de la superficie, pasando por la junta existente, de un costado a otro en sentido axial, de manera que se reduce notablemente el efecto hermético de la junta. De modo especial en máquinas que, por ejemplo han de funcionar sin fugas por motivos higiénicos o también para no afectar el medio ambiente, ello plantea un serio problema.

Además, los elementos de junta que se apoyan sobre las superficies afectadas por rayas resultan dañadas con el tiempo, o por lo menos sometidas a elevados esfuerzos abrasivos, debido a dichas estrías o elevaciones en forma de rosca, en sus líneas o superficies de contacto. A causa de este desgaste o daños, es frecuente que al poco tiempo el efecto de junta se ha reducido notablemente o desaparecido por completo.

Si consideramos los procedimientos de mecanización con arranque de virutas que hay disponibles para piezas giratorias, desde el punto de vista de estos problemas, obtenemos la siguiente imagen:

Si intentamos reducir la formación de roscas al tornear superficies simétricas al giro, de manera que la herramienta tan solo se mueva radialmente (torneado de penetración) con respecto a la pieza, al faltar el movimiento axial se consigue una superficie sin rayas. Sin embargo, cuando el corte de penetración en sentido axial es tan ancho como toda la superficie simétrica al giro a conseguir, aparecen, de modo especial al mecanizar superficies endurecidas, muy elevadas fuerzas cortantes y por causa de la inestabilidad dinámica existe una elevada tendencia a retemblar. Estas inestabilidades dinámicas o retemblados causan, casi a modo de golpes, a unas elevadas irregularidades superficiales, de manera que la superficie en determinados casos no sirve para conseguir una junta hermética segura.

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Si adicionalmente se mueve el acero de penetración a lo largo de las amplias superficies a producir, es decir en sentido axial, como es natural se obtiene de nuevo una superficie afectada por rayas.

De acuerdo con el actual estado de la técnica, es necesario reducir suficientemente o eliminar por completo la raya producida, de modo especial las estrías rayadas en forma de rosca, con procedimientos complementarios, para garantizar un efecto de junta sin problemas.

Una posibilidad para evitar el rayado de la superficie (estrías de torneado) podría ser el procedimiento de torneado espacial, en que la herramienta espacial avance en sentido tangencial a la herramienta rotativa. Si los respectivos cortes de la herramienta de torneado espacial se dirigen paralelos al eje de rotación de la herramienta, surge de nuevo la problemática de las elevadas fuerzas que actúan sobre el filo y por tanto de la dependencia de la inestabilidad dinámica y de la tendencia a retemblar.

Colocando inclinado el filo cortante en el torneado espacial, lo cual permite reducir la presión sobre el filo, existe sin embargo una estructura residual en forma de rosca, puesto que los puntos de ataque del filo cortante sobre la pieza presentan diferentes distancias (radios) desde el eje de giro de la pieza.

En el torneado espacial mediante una herramienta en forma de disco, con la cual el corte se produce en la periferia de la herramienta, al colocar inclinado el filo cortante en sí mismo recto, surge el problema de que se obtiene una superficie convexa-esférica en lugar de una superficie exactamente cilíndrica sobre la pieza.

Además, muchas veces se aplica el procedimiento adicional para rectificar las superficies. Esto significa que, por lo general, hay que colocar la pieza en otro tipo de máquina. Por tanto, los costes unitarios de la pieza resultan notablemente cargados y se perjudica notablemente el resultado económico, debido al aumento de duración de la cadena del proceso, es decir, por el empleo de otra máquina. Asimismo, de ser posible, con el mecanizado final de la pieza hay que evitar el rectificado, puesto que dicho rectificado suele hacerse en húmedo y por tanto aparecen otros problemas de medio ambiente y eliminación de lodos, y aún cargan más los resultados económicos, en el actual estado de la técnica.

Por otra parte, incluso con el rectificado aparecen estructuras rayadas, que primero se producen por el proceso de reavivado de la muela y luego se reproducen en la pieza. También con el pulido, en que se aplica una banda abrasiva o un elemento de lijado sobre la pieza, se producen estructuras superficiales a modo de rayas debido a la oscilación o movimiento longitudinal adicional de la herramienta de acabado con respecto a la pieza.

III. Representación del invento a) Objetivo técnico

Por tanto, el objetivo de acuerdo con el invento es crear un procedimiento para la mecanización con arranque de virutas de piezas giratorias simétricas en rotación con determinados filos cortantes, en que la superficie simétrica en rotación resultante no presente ninguna raya o sólo una raya insignificante, respectivamente, con respecto al efecto de transporte y el efecto abrasivo y/o se puede conseguir una capacidad de producción de virutas especialmente alta al mecanizar las superficies endurecidas de la pieza.

b) Solución del objetivo

Este objetivo se consigue mediante las características que figuran en la reivindicación 1 ó 2. En las demás reivindicaciones figuran ventajosas formas de realización.

De acuerdo con el invento se ha puesto de manifiesto que la aparición y/o la dimensión de la forma de rosca de la estructura superficial conseguida puede influirse mediante el valor de la velocidad de avance del filo cortante con relación a la actual posición inclinada de dicho filo con respecto al eje de giro de la pieza, al diámetro previsto y al número de revoluciones de la pieza a mecanizar, de manera que no aparezca ninguna raya, o bien una raya que no sea relevante en la práctica, en la superficie mecanizada.

Otra ventaja reside en el hecho de que esta clase específica de mecanización espacial, de acuerdo con el invento, puede llevarse a cabo de manera más rápida y con menor coste que con, por ejemplo, un mecanizado de rectificado, acabado o bruñido (o procedimientos similares) para eliminar la estructura rayada de la superficie.

Así, el procedimiento de torneado espacial de acuerdo con el invento puede realizarse tanto en un torno normal como, por ejemplo, en una máquina rotativa espacial con cuerpos básicos de herramienta en forma de disco, siempre y cuando los filos cortantes utilizados para el procedimiento según el invento puedan moverse lineal y transversalmente, en especial en dirección vertical, respecto al sentido de giro de la pieza, particularmente en sentido tangencial a la superficie simétrica al giro de la pieza a mecanizar.

Mientras - según la aplicación de la pieza - no se halle en primer término el minimizado de rayas o supresión de rayas, respectivamente, en las superficies a generar, pueden variare los parámetros de mecanizado de manera que la superficie obtenida ciertamente esté afectada por rayas, pero sin embargo pueda aumentarse notablemente el
rendimiento del arranque de virutas, lo cual tiene importancia sobre todo al mecanizar piezas endurecidas. Así se consigue, entre otros, un procedimiento muy rentable con una alta calidad superficial.

c) Ejemplos de formas de realización

A continuación se describe con detalle un ejemplo de una forma de realización de acuerdo con el invento, haciendo referencia a las figuras. En las mismas:

La figura 1 es una representación en perspectiva de una situación de mecanizado;

La figura 2 es una representación de la situación de la figura 1, transversal al sentido de rotación 10 y al movimiento de avance 3; y

La figura 3 es una representación de la situación en el torneado longitudinal.

En primer lugar, se ha representado en la figura 3 como se obtiene, por ejemplo en el torneado longitudinal, una superficie a modo de rosca por el acero de corte que se mueve en el sentido de giro de la pieza y su redondeo cortante r_{E}:

Con un avance constante f, expresado en mm por revolución de la pieza, se forma una estría helicoidal 5, cuya distancia de arrollamiento en el sentido del eje de giro 10 es constante al mantenerse el mismo avance f. La profundidad t' de dichas estrías depende evidentemente del tamaño del radio angular r_{E} del corte obtenido: Cuanto mayor sea dicho radio angular r_{E}, tanto más planos serán los flancos de la estría y por tanto será tanto menos la profundidad t'. La fórmula que expresa dicha relación es:

t=\frac{f^{2}}{8\cdot r_{E}}

En el ajuste, por lo menos uno de los cantos del filo cortante, especialmente de los filos laterales que llevan al ángulo de corte, es un ángulo lo más reducido posible, preferiblemente paralelo, en el sentido del eje de giro 10, así que por lo general se halla en la única posibilidad corriente de reducir la profundidad t', puesto que el avance f no puede reducirse a voluntad debido a los intervalos de trabajo, etc., previamente establecidos en la producción.

A este respecto, las figuras 1 y 2 muestran la situación de acuerdo con el invento:

Tal como puede verse en la figura 1, al girar la pieza 1, en que se encuentra la superficie simétrica al giro 1a a mecanizar, alrededor del sentido de rotación 10, normalmente se indica en los tornos o máquinas de giro espacial como dirección Z, respecto a la cual las direcciones X e Y quedan en general respectivamente verticales.

La superficie simétrica al giro 1a a mecanizar posee una anchura b en dirección Z 10, y normalmente debe servir como superficie de apoyo para un anillo de junta para eje radial o elemento similar, en su posterior aplicación.

La herramienta 2 es llevada a lo largo de la pieza con su filo cortante 2a inclinado respecto a la dirección Z en un sentido de avance 3, paralelo a una de las superficies tangenciales a la superficie simétrica al giro 1a, tan transversalmente al sentido del eje de rotación 10 que las zonas de corte individuales llegan una tras otras en contacto con las diferentes zonas en dirección Z de la superficie simétrica al giro 1a, de manera que la extensión del filo cortante 2a en dirección al eje de giro, o sea en el sentido de rotación 10, es igual o mayor que la anchura b de la superficie a mecanizar. De este modo, el sentido de avance 3 de la herramienta puede estar en un plano, que es vertical al sentido de giro 10 de la pieza, o sea en un plano radial de la pieza, o en un plano inclinado respecto al sentido de giro 10 (sentido de avance 3').

Sin embargo, observado en el sentido de giro 10 de la pieza (véase la figura 1a) el sentido de avance 3 ó 3', respectivamente, siempre representa una tangente al diámetro teórico de la superficie simétrica al giro a mecanizar.

La pieza 1 gira en un sentido de rotación 7 mientras se está mecanizando, de modo que la zona de contacto entre el filo cortante 2a y la superficie a mecanizar 1a desplaza la superficie de la pieza 1 contra el filo cortante 2a.

La vista en la dirección Y de la figura 2 muestra el ángulo de inclinación \alpha con relación al sentido de giro 10 de la pieza 1 y en la vista en ángulo recto a dicho sentido de giro el movimiento de avance 3 del filo cortante 2a.

A causa del movimiento de mondado que se produce desde el ángulo derecho al izquierdo del filo cortante 2a, durante el mecanizado representado en la figura 2, se obtiene la estructura superficial a modo de rosca de la figura 2. Esta estructura superficial está formada por una estría en forma de rosca 5, cuyos arrollamientos individuales quedan dispuestos inmediatamente uno tras otro en el sentido longitudinal de la pieza, con una rebaba de rosca 6 entre ellos.

Las estrías 5 han sido representadas muy exageradas respecto a la realidad. La profundidad de la estría 5 se denomina profundidad de raya t, mientras que la distancia medida en el sentido de giro 10 entre dos arrollamientos de la rebaba 6 o de las estrías 5, respectivamente, se denomina paso de raya s.

El filo cortante 2a también puede moverse respecto a la pieza 1 a lo largo de su movimiento de avance 3', que es transversal al eje de giro 10 y de modo especial vertical al filo cortante 2a, en cuyo caso será necesaria una anchura algo menos del filo cortante 2a.

El paso de raya s depende del avance espacial f_{r} del progreso en el movimiento de avance 3, que viene dado en milímetros por revolución de la pieza, y del ángulo de inclinación \alpha, del siguiente modo:

s=\frac{f_{r}}{tan\alpha}

La profundidad de raya t depende del radio (diámetro del núcleo) de la pieza, desde los valles entre rebabas 6 en la superficie a mecanizar 1a y del avance espacial f, del siguiente modo:

t=-r+\sqrt{r^{2}+\frac{f^{2}_{r}}{4}}

Basándose en la representación de la figura 2, es evidente que al alcanzar una profundidad de raya t = 0 o por lo menos de t < 1 \mum, especialmente de t < 0,4 \mum, en particular de t < 0,2 \mum, el tamaño del paso de raya x ya no juega ningún papel.

Por tanto, en primer lugar se procura mantener el avance espacial f_{r} lo menor posible, de modo espacial tan pequeño que la profundidad de raya t sea esencialmente menor, especialmente por lo menos un factor 3, y mejor por un factor 5 menor que la profundidad de la rugosidad R_{Z} de la superficie así obtenida. La profundidad de la rugosidad R_{Z} está comprendida normalmente entre 1,5 y 6 \mum.

Lista de referencias

1	Pieza
1a	Superficie simétrica al giro
2	Herramienta
2a	Filo de corte
3,3'	Movimiento de avance
4	Tangente
5	Estría
6	Rebaba
7	Sentido de giro
8	Línea de trabajo
10	Dirección Z, eje de rotación
11	Dirección X
12	Dirección Y
f	Avance
f_{r}	Avance espacial
\alpha	Ángulo de inclinación
r	Radio de la pieza
s	Paso de raya
t	Profundidad de raya
b	Ancho de la superficie 1a
R_{z}	Profundidad de la rugosidad

Claims (6)

1. Procedimiento para el mecanizado con arranque de viruta de superficies simétricas al giro (1a) en una pieza rotativa (1), caracterizado por el hecho de que se realiza un corte (2a) torcido con respecto al eje de rotación (10) de la pieza (1), en un movimiento de avance lineal (3, 3') transversal al eje de rotación (10), que contacta a lo largo de la pieza giratoria (1), de manera que los parámetros de mecanizado, en particular el avance espacial (f_{r}) y el ángulo de inclinación (\alpha) del filo cortante, se eligen de tal modo que la raya que aparece en la superficie mecanizada (1a) resulta mínima con respecto al paso de raya (s) y/o la profundidad de raya (t), de modo especial la profundidad de raya (t).

2. Procedimiento para el mecanizado con arranque de viruta de superficies simétricas al giro (1a) en una pieza rotativa (1), caracterizado por el hecho de que se realiza un corte (2a) torcido con respecto al eje de rotación (10) de la pieza (1), en un movimiento de avance lineal (3, 3') transversal al eje de rotación (10), que contacta a lo largo de la pieza giratoria (1), de manera que los parámetros de mecanizado, en particular el avance espacial (f), que al mecanizar una superficie endurecida (1a) simétrica a la rotación, se eligen de manera que sea máxima la capacidad productiva de virutas conseguida.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que el movimiento de avance lineal (3, 3') se realiza en un plano tangencial de la superficie simétrica al giro (1a).

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el filo cortante (2a) es un filo cortante recto (2a).

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que la posición inclinada del filo cortante (2a) con respecto al eje de rotación (10) está comprendido entre 0 y 90º, en especial entre 20 y 50º.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el avance espacial (f_{r}) con respecto a la posición inclinada (\alpha) del filo cortante, se elige de tal modo con relación al diámetro de la superficie simétrica al giro (1a) a mecanizar, que las estrías (5) que aparecen en la superficie de la pieza por el mecanizado no presentan ningún o un despreciable efecto de rosca reducido, respectivamente, con respecto al paso (s) y la profundidad de raya (t).