Las siguientes explicaciones sobre geometría, método de maquinado, precisión del barreno, rectificado y selección de la herramienta corresponden a brocas helicoidales.
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Explicaciones
Ángulo de hélice
El ángulo de hélice es el ángulo de inclinación de la flauta en relación con el eje central de la broca (en filos periféricos, el ángulo de hélice y el ángulo de corte son iguales).En general, el ángulo de hélice es de aproximadamente 30°. Los ángulos más pequeños se llaman de baja hélice y los más grandes son de alta hélice.
Las brocas de baja hélice tienen buenas propiedades de evacuación de viruta gracias a la longitud de flauta corta. Sin embargo, el ángulo de corte del filo es pequeño, lo que eleva la resistencia al corte. Por otra parte, las brocas de alta hélice presentan baja resistencia al corte, pero debido a su ángulo de corte grande, el filo puede ser demasiado afilado, lo que provoca despostillamientos y fracturas.
El ángulo de hélice optimo varia según el material de la pieza a trabajar.
Ángulo de hélice
0 10 20 30
Par de giro (Nm)
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Ángulo helicoidal
El ángulo helicoidal es el ángulo de inclinación de la estría de la broca en relación con la línea central de la broca (en filos periféricos, el ángulo helicoidal y el ángulo de ataque son iguales).
En general, el ángulo helicoidal es de aproximadamente 30°. Los ángulos más pequeños se llaman helicoidales bajos y los más grandes son los helicoidales altos.
Las brocas de ángulo helicoidal bajo tienen unas buenas propiedades de eliminación de la viruta gracias a su corta longitud espiral. Sin embargo, el ángulo de ataque del filo es bajo, lo que provoca una elevada resistencia al corte. Por su parte, las brocas de ángulo helicoidal alta presentan una resistencia al corte reducida, pero, debido a sus grandes ángulos de ataque, la esquina del filo puede ser demasiado afilada, lo que provoca desconchados y fracturas.
El ángulo helicoidal óptimo varía según el material de la pieza de trabajo que va a ser mecanizada.
Material de pieza
Ángulo helicoidal
Hierro fundido, Acero (280HB o menos)
Aleación ligera,
Acero inoxidable
28° ~ 32°
15° ~ 30°
10° ~ 42°
Acero
(281HB o más)
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Longitud de flauta
La longitud de flauta influye en la precisión del barreno y vida útil de la herramienta.
La profundidad del barreno y la longitud para reafilado determinará la longitud de flauta optima. A medida que la longitud aumenta, la broca es mas larga, por lo que disminuye la rigidez. Una broca con baja rigidez tiende a desviarse al entrar en la pieza, lo que puede dar como resultado disminución en la precisión del barreno y la vida de la herramienta. Por lo tanto, es importante seleccionar una broca con longitud de flauta lo más corta posible.
Longitud de estría
Ángulo de punta
El tamaño del ángulo de punta tendrá efecto en el espesor de la viruta.
Como se muestra en la imagen inferior, si la velocidad de corte (fr) se mantiene constante, el ángulo de punta pequeño generará una viruta de espesor (h). Al aumentar el ángulo de punta, también aumenta el espesor de la viruta (h'). El incremento del espesor de la viruta mejora la evacuación de la misma.
Es decir, si presenta problemas de virutas muy largas, se puede resolver cambiando la broca o seleccionando un ángulo de punta mayor.
Espesor del núcleo y adelgazamiento
El espesor del núcleo como el adelgazamiento son factores importantes que determina la geometría de la sección transversal de la broca, así como el ancho de la flauta.
Por ejemplo, si se aumenta el espesor del núcleo, también aumentará la rigidez de la broca. Sin embargo, al incrementar el espesor del núcleo, la flauta se estrechará, lo que provocará una evacuación de viruta deficiente. Así mismo, cuando se aumenta el espesor del núcleo, el empuje sera mayor, lo que afectará a todo el proceso de barrenado. Las brocas de acero rápido suelen tener un espesor de núcleo de 10-20% del diámetro de la broca. En el caso de las brocas de acero rápido de diámetro pequeño, se usará un ratio mayor, mientras que con los diámetros más grandes, el ratio disminuirá. Tomando en consideración la elevada tenacidad de las brocas de acero rápido, el diseño tiende a priorizar la evacuación de viruta. En el caso de las brocas de carburo sólidas usadas en centros de maquinado de alta rigidez y alta potencia, se tiende a incrementar el espesor del núcleo de 20-30% del diámetro de la broca. Con esto se pretende obtener mayor rigidez en las brocas para que puedan soportar las altas velocidades de avance requeridas para romper las virutas en longitudes pequeñas. Al incrementar el espesor del núcleo, la punta del cincel será más grande, lo que provocará un aumento del empuje. A fin de reducir el empuje, las brocas de carburo utilizan el adelgazamiento. Este es un proceso usado para acortar la punta del cincel con el objetivo de reducir el empuje ejercido sobre la broca.
El adelgazamiento, incrementa la rigidez de la broca, se usa para brocas de acero rápido y brocas para barrenados profundos. En general, el adelgazamiento se realiza dentro de 2 mm de incremento del espesor por cada 100 mm de longitud. Si se efectúa un adelgazamiento excesivo, reducirá el control de la viruta.
El grosor y el ahusamiento del alma se deciden según el material de la herramienta de taladrado y el material de aplicación.
Ancho del margen
El ancho del margen se ubica entre el 6 y el 10% del diámetro de la broca considerando las propiedades de guía y la resistencia a la fricción. Las brocas para barrenado profundos tienen un ancho de margen más estrecho a fin de reducir la resistencias en las paredes del barreno. Sin embargo, se debe tener en cuenta que el ancho de margen puede aumentarse para conseguir un efecto de pulido, incrementar la redondez del barreno y mejorar la rugosidad de la superficie.
Conicidad antifricción
La conicidad antifricción sirve para reducir la fricción entre la broca y el barreno. La conicidad antifricción se puede considerar un ángulo, pero generalmente se muestra como la reducción de diámetro en una longitud de flauta de 100mm, tal como puede verse en la imagen inferior. Al barrenar materiales blandos y termoresistentes, el diámetro del barreno es más pequeño que el diámetro real de la broca. Por lo tanto, al fin de prevenir el aumento de torque, es necesario emplear mayor conicidad antifricción en este tipo de brocas. Si no se incrementa la conicidad antifricción es probable que el barreno se contraiga y apriete la broca, lo que podría provocar la rotura. Sin embargo, se debe tener en cuenta que si la conicidad antifricción es excesiva, disminuirá las propiedades de guía, lo que podría provocar la desviación de la broca. La conicidad antifricción se decide según el material de la pieza.
Ángulo de incidencia
El filo del flanco tiene un ángulo de incidencia para evitar que la broca roce con la pieza. Tal como se muestra en la imagen inferior, cuando la broca gira una vez , el filo avanza en dirección axial fr. Si el ángulo de incidencia no es superior a θ1 (un ángulo formado por la circunferencia exterior de la broca y el avance), el flanco de la broca entrará en contacto con la pieza y la fuerza de empuje se incrementará gradualmente. Por la tanto, el ángulo de incidencia deberá ser mayor al valor expresado en la fórmula inferior.
El ángulo de incidencia suele oscilar entre 7° y 15°. Un ángulo de incidencia mayor reduce el empuje y el desgaste de flanco. Sin embargo, un incremento del ángulo de incidencia reduce la resistencia del filo, lo que podría producir fracturas.
Ángulo de corte
El ángulo de corte de la broca (dirección axial) es correlativo al ángulo de hélice. Cuanto mayor sea el ángulo de hélice, mayor será el ángulo de corte. Aunque el ángulo de corte real varía según la posición real a lo largo del filo, el ángulo de hélice y el ángulo de corte son iguales en filos periféricos.
θ2, el ángulo de corte en el filo periférico (ángulo de hélice) puede calcularse con la siguiente fórmula.
Relieve primario (profundidad)
La profundidad del relieve primario oscila entre 0.2 y 0.5 mm. Sirve para evitar la fricción entre la broca y la pieza. La profundidad del relieve primaria es para evitar y reducir el torque generado por el desgaste del margen. Esta profundidad también contribuye a garantizar que el refrigerante llegue hasta el filo de corte. En el caso de brocas de diámetros pequeños, la profundidad del relieve está estrechamente relacionada con la rigidez de la broca, lo que afecta en gran media la vida de la herramienta.
Ancho de flauta
El ancho de flauta determina la rigidez de la broca y las propiedades de evacuación de viruta. El balance se llama ratio de ancho de flauta y se muestra a través del ratio entre el ancho de contacto en la punta de la broca θ1 y la estría θ2. En general, el ratio del ancho de flauta oscila entre 1 y 1.2.
Sin embargo, las brocas con mejor propiedad de evacuación de virutas tendrán un ratio mayor, mientras que las brocas con una elevada rigidez tendrán un ratio menor.
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