¿Sabes cuáles son los métodos de mecanizado de agujeros?

Los métodos de procesamiento de agujeros incluyen perforación, escariado, mandrinado, trefilado, rectificado y acabado. A continuación, presentamos una breve serie de técnicas de procesamiento de agujeros que le ayudarán a resolver sus problemas.

El orificio es una superficie importante en las piezas de caja, soporte, manguito, anillo y disco, y también es una superficie que se encuentra frecuentemente en el mecanizado. Con los mismos requisitos de precisión y rugosidad superficial, el mecanizado del orificio es más difícil que el de la superficie exterior redonda, lo que resulta en baja productividad y alto costo.

Esto se debe a que: 1) el tamaño de la herramienta utilizada en el procesamiento de agujeros está limitado por el tamaño del agujero que se está procesando, y la rigidez es deficiente, lo que facilita la deformación por flexión y la vibración; 2) Cuando se mecaniza el agujero con una herramienta de tamaño fijo, el tamaño del procesamiento del agujero a menudo depende directamente del tamaño correspondiente de la herramienta, y el error de fabricación y el desgaste de la herramienta afectarán directamente la precisión del procesamiento del agujero; 3) Cuando se mecanizan agujeros, el área de corte está dentro de la pieza de trabajo, las condiciones de eliminación de virutas y disipación de calor son deficientes, y la precisión del procesamiento y la calidad de la superficie no son fáciles de controlar.

Perforación

El taladrado es el primer proceso de mecanizado de agujeros en materiales sólidos, y el diámetro del agujero suele ser inferior a 80 mm. Existen dos métodos de taladrado: uno mediante rotación de la broca y otro mediante rotación de la pieza. El error generado por estos dos métodos no es el mismo. En el método de rotación de la broca, debido a la asimetría del filo de corte, la rigidez insuficiente de la broca y su deflexión, el eje central del agujero se desvía o no queda recto, pero la abertura permanece prácticamente inalterada. Por el contrario, en el método de rotación de la pieza, la deflexión de la broca provoca cambios en la abertura, pero el eje central del agujero sigue siendo recto.

Las brocas de perforación más utilizadas son: broca helicoidal, broca de centrado, broca para agujeros profundos, etc., de las cuales la más utilizada es la broca helicoidal, cuyo diámetro especificado es de Φ0,1 a 80 mm.

Debido a limitaciones estructurales, la rigidez a la flexión y a la torsión de la broca es baja, junto con un centrado deficiente, lo que resulta en una precisión de perforación baja, generalmente de solo IT13 a IT11; la rugosidad superficial también es alta, Ra generalmente de 50 a 12,5 μm; sin embargo, la tasa de remoción de material durante la perforación es alta y la eficiencia de corte es elevada. La perforación se utiliza principalmente para procesar orificios con requisitos de calidad bajos, como orificios para pernos, orificios de fondo de rosca, orificios de aceite, etc. Para orificios con alta precisión de mecanizado y requisitos de calidad superficial, se deben lograr mediante escariado, mandrinado o rectificado en el procesamiento posterior.

Escariado

El escariado consiste en procesar un orificio previamente perforado, fundido o forjado con una broca escariadora para aumentar su diámetro y mejorar la calidad del mecanizado. Puede utilizarse como preprocesamiento antes del acabado del orificio o como procesamiento final, con requisitos mínimos. La broca escariadora es similar a la broca helicoidal, pero tiene más dientes y carece de filo transversal.

En comparación con el taladrado, el escariado presenta las siguientes características:

(1) el número de dientes de la broca de escariado (3~8 dientes), buena guía, el corte es relativamente estable; (2) broca de escariado sin borde transversal, las condiciones de corte son buenas;

(3) El margen de procesamiento es pequeño, el sumidero de viruta puede hacerse menos profundo, el núcleo de la broca puede hacerse más grueso, y la resistencia y rigidez del cuerpo de la herramienta son mejores. La precisión del escariado es generalmente IT11~IT10, y la rugosidad superficial Ra es de 12,5~6,3 μm. El escariado se usa a menudo para procesar agujeros con diámetros más pequeños. Cuando se taladra un agujero de gran diámetro (D ≥30 mm), a menudo se usa una broca pequeña (diámetro de 0,5 a 0,7 veces la apertura) para taladrar previamente, y luego usar la broca de escariado del tamaño correspondiente, lo que puede mejorar la calidad del procesamiento y la eficiencia de producción del agujero.

Además de mecanizar agujeros cilíndricos, se pueden utilizar brocas escariadoras de diversas formas especiales (también conocidas como avellanadores) para mecanizar diferentes tipos de asientos avellanados y avellanados. La cara frontal del avellanador suele estar equipada con un poste guía, guiado por un orificio mecanizado.

El escariado es uno de los métodos de acabado de agujeros más utilizados en la producción. Para agujeros pequeños, el escariado es un método de mecanizado más económico y práctico que el rectificado interno y el mandrinado fino.

1. Escariador

Generalmente, las escariadoras se dividen en dos tipos: manuales y mecánicas. Las escariadoras manuales tienen mango recto, una parte de trabajo más larga y una mejor guía. Existen dos tipos de estructuras: integral y de diámetro exterior ajustable. Las escariadoras mecánicas también tienen mango y manguito. Estas últimas pueden procesar agujeros redondos, e incluso las cónicas.

2. Proceso de escariado y su aplicación

El margen de escariado influye considerablemente en la calidad del proceso. Si el margen es demasiado grande, la carga sobre la escariadora aumenta, el filo se desafila rápidamente, resulta difícil obtener una superficie de mecanizado lisa y la tolerancia dimensional no se garantiza fácilmente. Si el margen es demasiado pequeño para eliminar las marcas de la cuchilla del proceso anterior, no contribuye a mejorar la calidad del mecanizado del orificio. Generalmente, el margen para el escariado grueso es de 0,35 a 0,15 mm, y para el escariado fino, de 1,5 a 0,05 mm.

Para evitar la formación de nódulos de viruta, el escariado se realiza generalmente a una velocidad de corte menor (v <8 m/min para acero y hierro fundido con escariadores HSS). El avance depende de la abertura a mecanizar: cuanto mayor sea la abertura, mayor será el avance. La velocidad de avance de un escariador de acero rápido para el mecanizado de acero y hierro fundido suele ser de 0,3 a 1 mm/r.

El escariado debe refrigerarse, lubricarse y limpiarse con el fluido de corte adecuado para evitar la acumulación de virutas y eliminarlas a tiempo. En comparación con el rectificado y el mandrinado, la productividad del escariado es mayor y la precisión del orificio se garantiza fácilmente. Sin embargo, el escariado no puede corregir el error de posición del eje del orificio, por lo que la precisión de la posición del orificio debe garantizarse mediante el proceso previo. El escariado no es adecuado para el mecanizado de orificios escalonados ni orificios ciegos.

La precisión dimensional del escariado suele ser de IT9 a IT7, y la rugosidad superficial Ra suele ser de 3,2 a 0,8 μm. Para agujeros de tamaño medio con requisitos de alta precisión (como agujeros de precisión IT7), el proceso de taladrado-escariado-escariado es un esquema de procesamiento típico que se utiliza habitualmente en la producción.

El mandrinado es un método de mecanizado en el que se agranda un orificio prefabricado con una herramienta de corte. El trabajo de mandrinado se puede realizar tanto en una mandrinadora como en un torno.

1. Método aburrido

Existen tres métodos de mecanizado diferentes para el mandrinado.

(1) La pieza de trabajo gira y la herramienta realiza un movimiento de avance.

El mandrinado en torno se enmarca principalmente dentro de este método. Las características del proceso son: el eje del orificio, tras el mecanizado, coincide con el eje de rotación de la pieza; la redondez del orificio depende principalmente de la precisión de rotación del husillo de la máquina herramienta; y el error de geometría axial del orificio depende principalmente de la precisión de posicionamiento de la dirección de avance de la herramienta con respecto al eje de rotación de la pieza. Este método de mandrinado es adecuado para mecanizar orificios con requisitos de coaxialidad en la superficie del círculo exterior.

(2) La herramienta gira y la pieza de trabajo se alimenta

El husillo de la mandrinadora hace girar la herramienta de mandrinado, y la mesa hace avanzar la pieza de trabajo.

(3) La herramienta gira y realiza un movimiento de avance.

Mediante este método de mandrinado, se modifica la longitud de la barra de mandrinar que sobresale, lo que provoca una deformación por fuerza en la misma. El orificio cerca del cabezal es grande, mientras que lejos del cabezal es pequeño, formando un orificio cónico. Además, al aumentar la longitud de la barra de mandrinar que sobresale, también aumenta la deformación por flexión del eje principal debido a su propio peso, y el eje del orificio mecanizado se flexionará de forma correspondiente. Este método de mandrinado solo es adecuado para el mecanizado de orificios cortos.

2. Perforación con diamante

En comparación con el mandrinado convencional, el mandrinado con diamante se caracteriza por un mínimo retroceso, un avance reducido y una alta velocidad de corte. Permite obtener una alta precisión de mecanizado (IT7 ~ IT6) y una superficie muy lisa (Ra de 0,4 ~ 0,05 μm). Originalmente, el mandrinado con diamante se realizaba con herramientas de diamante, pero actualmente se utilizan comúnmente herramientas de carburo cementado, CBN y diamante sintético. Se emplea principalmente para el mecanizado de piezas de metales no ferrosos, aunque también puede utilizarse para el mecanizado de piezas de hierro fundido y acero.

Los parámetros de corte comúnmente utilizados para el mandrinado con diamante son: mandrinado previo de 0,2 a 0,6 mm y mandrinado final de 0,1 mm; la velocidad de avance es de 0,01 a 0,14 mm/r; la velocidad de corte es de 100 a 250 m/min cuando se procesa hierro fundido, de 150 a 300 m/min cuando se procesa acero y de 300 a 2000 m/min cuando se procesan metales no ferrosos.

Para garantizar que la máquina perforadora de diamante logre una alta precisión de mecanizado y una excelente calidad superficial, debe poseer una alta precisión geométrica y rigidez. El eje principal debe soportar rodamientos de bolas de contacto angular de precisión o cojinetes lisos de presión estática de uso común, y las piezas giratorias de alta velocidad deben estar equilibradas con precisión. Además, el mecanismo de avance debe tener un movimiento muy suave para asegurar que la mesa pueda realizar un avance suave a baja velocidad.

La calidad de mecanizado mediante mandrinado con diamante es buena, la eficiencia de producción es alta y se utiliza ampliamente en el procesamiento final de orificios de precisión en la producción en masa, como el orificio del cilindro del motor, el orificio del pasador del pistón y el orificio del eje principal en la caja del husillo de la máquina herramienta. Sin embargo, cabe señalar que al mecanizar productos de metal ferroso con mandrinado de diamante, solo se pueden utilizar herramientas de mandrinado de carburo cementado y CBN, y no herramientas de mandrinado de diamante, debido a que los átomos de carbono en el diamante tienen una gran afinidad con los elementos del grupo del hierro, lo que reduce la vida útil de la herramienta.

3. Herramienta de perforación

Las herramientas de mandrinar se pueden dividir en herramientas de mandrinar de un solo filo y herramientas de mandrinar de doble filo.

4. Características del proceso de perforación y rango de aplicación

En comparación con los procesos de perforación, expansión y escariado, el tamaño del orificio no está limitado por el tamaño de la herramienta, y la perforación tiene una gran capacidad de corrección de errores. El error de desviación del eje del orificio original se puede corregir mediante múltiples cortes, y la perforación puede mantener una mayor precisión de posición con respecto a la superficie de posicionamiento.

En comparación con el mandrinado del círculo exterior, debido a la escasa rigidez del sistema de la barra de herramientas, la gran deformación, la mala disipación del calor y las condiciones de eliminación de virutas, la deformación en caliente de la pieza de trabajo y la herramienta es relativamente grande, y la calidad del procesamiento y la eficiencia de producción del mandrinado no son tan altas como en el mandrinado del círculo exterior.

En resumen, se observa que el mandrinado ofrece un amplio rango de procesamiento, permitiendo mecanizar orificios de diferentes tamaños y niveles de precisión. Para orificios y sistemas de orificios con grandes aberturas y altos requisitos de precisión dimensional y posicional, el mandrinado es prácticamente el único método de procesamiento. La precisión de mecanizado del mandrinado oscila entre IT9 e IT7. El mandrinado se puede realizar en mandrinadoras, tornos, fresadoras y otras máquinas herramienta, lo que le confiere flexibilidad y versatilidad, y lo convierte en una herramienta ampliamente utilizada en la producción. En la producción en masa, se suele emplear una matriz de mandrinado para mejorar la eficiencia del proceso.

1. Principio de bruñido y cabezal de bruñido

El bruñido es un método para dar acabado a un orificio mediante un cabezal de bruñido con una muela abrasiva (piedra de afilar). Durante el bruñido, la pieza de trabajo se fija y el cabezal gira mediante el husillo de la máquina herramienta, moviéndose en línea recta de forma recíproca. En este proceso, la muela abrasiva ejerce una presión determinada sobre la superficie de la pieza, cortando una capa extremadamente fina de material. Para evitar la repetición del movimiento de la partícula abrasiva, la velocidad de rotación del cabezal y la velocidad de avance del cabezal deben ser proporcionales.

El ángulo de cruceta de la pista de bruñido está relacionado con la velocidad de movimiento alternativo y la velocidad de rotación del cabezal de bruñido, y el tamaño de dicho ángulo afecta la calidad y la eficiencia del proceso. Para facilitar la evacuación de las partículas abrasivas y las virutas, reducir la temperatura de corte y mejorar la calidad del proceso, se debe utilizar suficiente fluido de corte durante el bruñido.

Para lograr un mecanizado uniforme de la pared del orificio, la carrera de la barra de arena en ambos extremos debe superar una sección de sobrepaso. Para garantizar una tolerancia de bruñido uniforme y reducir la influencia del error de rotación del husillo en la precisión del mecanizado, se suele emplear una conexión flotante entre el cabezal de bruñido y el husillo de la máquina herramienta.

El ajuste de la expansión radial de la varilla de rectificado del cabezal de bruñido tiene varias formas estructurales, como manual, neumática e hidráulica.

2. Características del proceso de bruñido y rango de aplicación

(1) El bruñido puede obtener una mayor precisión dimensional y de forma, la precisión de procesamiento es IT7~IT6, el error de redondez y cilindricidad del agujero se puede controlar dentro del rango, pero el bruñido no puede mejorar la precisión de posición del agujero a mecanizar.

(2) El bruñido puede obtener una mayor calidad superficial, la rugosidad superficial Ra es de 0,2~0,25 μm, la profundidad de la capa de defectos metamórficos del metal superficial es muy pequeña de 2,5~25 μm.

(3) En comparación con la velocidad de rectificado, la velocidad circular del cabezal de bruñido no es alta (vc=16~60 m/min), pero debido a la gran área de contacto entre la barra de arena y la pieza de trabajo, la velocidad recíproca es relativamente alta (va=8~20 m/min), por lo que el bruñido aún tiene una alta productividad.

El bruñido se utiliza ampliamente en el mecanizado de orificios de cilindros de motor y orificios de precisión en diversos dispositivos hidráulicos en la producción en masa a gran escala, y puede procesar orificios profundos con una relación longitud-diámetro superior a 10. Sin embargo, el bruñido no es adecuado para procesar orificios en piezas de trabajo de metales no ferrosos con gran plasticidad, ni puede procesar orificios con chaveteros, orificios estriados, etc.

1. Brocha y brocha

El trefilado es un método de acabado de alta productividad que se realiza en una máquina brochadora con una brocha especial. Las máquinas brochadoras se dividen en dos tipos: horizontales y verticales; las horizontales son las más comunes.

El brochado utiliza únicamente movimiento lineal a baja velocidad (movimiento principal). Generalmente, el número de dientes de la brocha que trabajan simultáneamente no debe ser inferior a 3; de lo contrario, la brocha no será estable y es fácil que se produzcan ondulaciones anulares en la superficie de la pieza. Para evitar generar una fuerza de brochado excesiva y provocar la rotura de la brocha, el número de dientes que trabajan simultáneamente no debe superar los 6 u 8.

Existen tres métodos de brochado diferentes, que se describen a continuación:

(1) Brochado por capas

Este método de brochado se caracteriza por el corte, capa a capa, del margen de mecanizado de la pieza. Para facilitar la rotura de la viruta, los dientes de la herramienta están rectificados con ranuras de separación entre sí. La brocha diseñada según este método se denomina brocha convencional.

(2) brochado de bloques

La característica de este método de brochado es que cada capa de metal en la superficie mecanizada se corta mediante un conjunto de dientes de herramienta que son básicamente del mismo tamaño pero entrelazados entre sí (generalmente cada conjunto consta de 2 a 3 dientes). Cada diente corta solo una parte de una capa de metal. La brocha diseñada según el método de brochado de bloque se denomina brocha rotativa.

(3) Broaching integral

De esta forma, se concentran las ventajas del brochado por capas y el brochado en bloque. El brochado en bloque se utiliza en la etapa de desbaste y el brochado por capas en la etapa de acabado. Así, se puede acortar la longitud de la brocha, aumentar la productividad y obtener una mejor calidad superficial. La brocha diseñada según el método de brochado integral se denomina brocha integral.

2. Características del proceso y ámbito de aplicación de los agujeros de trefilado

(1) La brocha es una herramienta de múltiples filos, que puede terminar el desbaste, el acabado y el acabado del agujero en una secuencia en una sola pasada de brochado, y tiene una alta eficiencia de producción.

(2) La precisión del trefilado depende principalmente de la precisión de la brocha; en condiciones normales, la precisión del trefilado puede alcanzar IT9~IT7 y la rugosidad superficial Ra puede alcanzar 6,3~1,6 μm.

(3) Al trazar un agujero, la pieza de trabajo se posiciona mediante el propio agujero mecanizado (la parte delantera de la brocha es el elemento de posicionamiento de la pieza de trabajo), y al trazar el agujero no es fácil garantizar la precisión de la posición mutua del agujero y otras superficies; para el procesamiento de piezas giratorias cuyas superficies circulares internas y externas tienen requisitos coaxiales, a menudo es necesario primero trazar agujeros y luego procesar otras superficies con los agujeros como referencia de posicionamiento.

(4) La brocha no solo puede procesar agujeros redondos, sino también agujeros de formación y agujeros estriados.

(5) La brocha es una herramienta de tamaño fijo, forma compleja, costosa y no adecuada para procesar agujeros grandes.

El trefilado se utiliza habitualmente en la producción en masa para realizar agujeros en piezas pequeñas y medianas con un diámetro de 10 a 80 mm y una profundidad que no supere 5 veces la abertura.

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