1 Introducción a la tecnologia de las matrices, metalmecanica
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1
INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGIADE LAS MATRICES
1
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2
TIPOLOGÍA DE LAS PIEZAS DE CHAPA
TIPOS DE MATRICES
ELEMENTOS DE LAS MATRICES
TIPOS DE TRANSFORMACIÓN
CALCULOS DE APLICACIÓN EN LAS MATRICES
CONSTRUCCIÓN DE MATRICES
ANÁLISIS DE COSTES
TEMARIO:
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3
TIPOLOGÍA DE LAS PIEZAS DE CHAPA
Tamaño
Geometría
Materiales
Tolerancias
Transformación
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CAMPOS DE APLICACIÓN
Industria de Automoción
Aeronáutica
Naval
Ferroviaria
Eléctrica
Electrónica
Informática
...
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¿QUÉ ES LA MATRICERÍA?
ÚTILES PARA LA TRANSFORMACIÓN DE PIEZAS DE CHAPA
Matriz
Troquel
Estampa
Molde
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MONTAJE Y FUNCIONAMIENTO
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7
FFFFFAAAAACTCTCTCTCTORES DE INFLORES DE INFLORES DE INFLORES DE INFLORES DE INFLUENCIA EN LA ELECCIÓNUENCIA EN LA ELECCIÓNUENCIA EN LA ELECCIÓNUENCIA EN LA ELECCIÓNUENCIA EN LA ELECCIÓN
Geometría de la pieza a fabricar
Tamaño de la pieza
Características del material a transformar
Producción a realizar
Tolerancias de acabado
Características de la prensa
Nivel de presupuesto
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CLASIFICACIÓN DE LAS MATRICES
Proceso de transformación
Manual
Semiautomática
Automática
Características constructivas
De puente
Con pisador
Coaxial o doble efecto
Progresiva
Ciclos de producción
De pruebas
De prototipos
De producción
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MATRIZ DE PUENTE
1. ESPIGA
2. BASE S.
3. P. PUNZONES
4. PUNZÓN
5. P. PUENTE
6. CHAPA
7. BASE I.
8. P. MATRIZ
9. REGLAS GUÍA
10. COLUMNAS GUÍA
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MATRIZ CON PISADOR
1. BASE INFERIOR
2. SUFRIDERA INFERIOR
3. PLACA MATRIZ
4. REGLAS GUÍA DE BANDA
5. PISADOR
6. PORTA PUNZONES
7. SUFRIDERA SUPERIOR
8. BASE SUPERIOR
9. PUNZÓN DE CORTE
10. RESORTE
11. CASQUILLO GUÍA
12. COLUMNA GUÍA
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MATRIZ CON PISADOR
Matriz progresiva con pisador
Planta inferior
Planta superior
Matriz progresiva con pisador
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Matriz de embutir 1
MATRICES DE 2ª OPERACIONES
Matriz de embutir 2
Pieza obtenida
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MATRIZ COAXIAL O DOBLE EFECTO
Recomendable para piezas que requieran
una gran concentricidad entre diferentes
punzonados.
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MATRIZ PROGRESIVA
FINALIDAD
Transformar la banda, hasta dejar la pieza acabada.
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TRANSFORMACIONES
CorCorCorCorCortartartartartar DoblarDoblarDoblarDoblarDoblar EmbutirEmbutirEmbutirEmbutirEmbutir
RRRRRecorecorecorecorecortartartartartar EngEngEngEngEngrrrrraaaaaparparparparpar BorBorBorBorBordonardonardonardonardonar
ArArArArArrrrrrollarollarollarollarollar RRRRReeeeepulsarpulsarpulsarpulsarpulsar ExtrExtrExtrExtrExtrusionarusionarusionarusionarusionar
AcuñarAcuñarAcuñarAcuñarAcuñar PPPPPerferferferferfilarilarilarilarilar
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CORTAR
Separación completa de una parte del material por medio de una herramienta.
POSIBLES ANOMALIAS EN PIEZAS
Rebabas
Desgarros
Roturas de material
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CAUSAS QUE LOS ORIGINAN
Materiales o tratamientos defectuososMontaje incorrecto de la matrizAjustes inadecuadosTécnicas de construcción deficientesMantenimiento inapropiadoChapa de mala calidad...........
DEFECTOS CON TOLERANCIA INADECUADA
Rebabas en la piezaArranque de materialDesgaste excesivo de la matriz y punzónMedidas incorrectasPerfil poco definido............
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DOBLAR
FFFFFAAAAACTCTCTCTCTORES ORES ORES ORES ORES A A A A A TENER EN CUENTTENER EN CUENTTENER EN CUENTTENER EN CUENTTENER EN CUENTAAAAA
La pieza no debe sufrir ningún movimiento durante el doblado.
Los radios de doblado serán como mínimo igual al espesor de la chapa.
Las superficies en contacto con la chapa estarán lisas y pulidas.
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EMBUTIR
Transformación de una chapa plana en un objeto hueco.
FORMAS
CilíndricaRectangularCuadradaIrregular
TIPOS DE EMBUTICIONES
Simple efectoDoble efectoTriple efecto
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FACTORES A TENER EN CUENTA EN LAS EMBUTICIONES
La calidad y el espesor del material deben ser constantes
Los radios del punzón y la matriz los adecuados
Los diámetros y profundidades de las embuticiones proporcionales
La fuerza del pisador sobre la chapa la correcta
La velocidad de embutición la mas idónea
La lubricación de la chapa la mas apropiada
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ENGRAPAR
APLICACIONES
BidonesLatasRecipientesEnsamblaje de componentes
FORMAS
RedondaCuadradaRectangularOvaladaIrregular
MATERIALES
Buen límite elásticoBajos espesores
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BORDONAR
Dar forma de rizo en el borde exterior de un recipiente.
EFECTO
Dar más rigidezReducir la deformación
APLICACIÓNES
Recipientes de todo tipo
MEDIOS
MatricesMáquinas especiales
TIPOS DE MATERIALES
Bajo espesor
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ARROLLAR
Formar un ojal o rizo en el extremo de una chapa plana.
Relación: di = 1,5 · e
Siendo:
di = diámetro interior del arrollado
e = espesor de la chapa
APLICACIONES
Bisagras
Perfiles acanalados
Elementos giratorios
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REPULSAR
VENTAJAS
Sin matrizBajo costeBaja inversiónÚtiles sencillos
APLICACIÓNES
Producciones pequeñasPiezas de MenajePiezas de DecoraciónLámparasEquipos de iluminación
MATERIALES
HierroAluminioLatónCobreEspesores < 2 mm.
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EXTRUSIONARExtraer fuera de la matriz, el material blando de un disco inicial.
Altura obtenible:
h = 8 · ∅ ∅ ∅ ∅ ∅ D (para piezas de ∅ 8 a ∅ 60 mm)h = 3 · ∅ ∅ ∅ ∅ ∅ D (para piezas de ∅ 60 a ∅ 100 mm)
Siendo:
D = Diámetro exterior del objetoh = Altura máxima obtenible
MATERIALES
Gran plasticidadBlandosDúctilesAluminio, plomo, estaño, etc.
APLICACIÓN
TubosCápsulasBotellasEmbases
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PERFILARFormación sucesiva de un perfil en una tira chapa.
Espesores entre 0,4 y 3 mm.
VENTAJAS
Anulación de retales.
Rapidez de producción.
Simplicidad de útiles.
Poca mano de obra.
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Principales Componentes de las matrices
Base Superior e Inferior
Sufridera Superior e Inferior
Placa matriz o Matrices
Reglas de guiado de chapa
Pisador o Prensa chapas
Porta Punzones
Punzones
Centradores
...........
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BASE SUPERIOR E INFERIOR
CARACTERÍSTICAS DE FUNCIONAMIENTO
Buen guiado.
Medidas adecuadas para su fijación en prensa.
Espacio suficiente para acceder a todos los elementos.
Espesor y resistencia.
Facilidad de montaje de los portapunzones
Alineación con el bloque inferior de la matriz
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Fundición
Acero
Hierro
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SUFRIDERA O PLACA DE CHOQUE
Su misión es impedir que las cabezas de los punzones se claven en las bases.
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Ac. F-522 Temp. y Rev. HRc. 56 ÷÷÷÷÷ 58
Ac. F-114 Temp. y Rev. HRc. 50 ÷÷÷÷÷ 52
CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS
Buen tratamiento térmico.
Espesor adecuado.
Resistencia a la rotura.
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MATRICES Y PUNZONES
CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS
Acabados de calidad
Ajustes de precisión
Tratamientos adecuados
Max. precisión punzón-matriz
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
Materiales tenaces
Resistencia al desgaste
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REGLAS GUÍA
MISIÓN
Guiar la banda dentro de la matriz.
CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS
Resistencia al desgaste.
Anchura de guiado suficiente.
Altura según banda y pieza a transformar.
Facilidad de construcción y mantenimiento.
Acabados de calidad media.
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PISADOR O PRENSA CHAPAS
MISIÓN
Mantener la chapa plana antes,
durante y después del corte.
ESPESOR RECOMENDADO
e = 0.4 · h
e = espesor de la placa
h = altura de punzones
CARACTERÍSTICAS
Máx. Perpendicularidad de la cara de apoyo y los alojamientos de punzones
Ajuste de calidad H7
Buena Fuerza extracción (aprox. 10% de corte)
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PORTAPUNZONES
ESPESOR RECOMENDADO
e = 0.33 · L
e = espesor de placa
L = longitud de punzón
CARACTERÍSTICAS
Perpendicularidad entre la cara de apoyo y los alojamientos de los punzones
Buen ajuste de los punzones
Facilidad de mantenimiento
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PILOTOS CENTRADORES
MISIÓN
Centrar la banda (o la pieza) para garantizar una correcta transformación.
CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS
Precisión de centraje (0.05 < que alojamiento)
Superficies rectificadas
Tratamientos y acabados de calidad
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CÁLCULOS TÉCNICOS
Fuerza de corte
Fuerza de extracción
Tolerancia de corte
Fuerza de doblado
Factor de retorno del material
Cálculo de la fibra neutra
Desarrollos de cuerpos embutidos
Número de embuticiones
Presión del prensa-chapas
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FUERZA DE CORTE
Esfuerzo F para el corte de chapa:
Fórmula: F = P · e · Rst.
Siendo:
P = Perímetro de corte en mm.
e = Espesor de la chapa en mm.
Rst. = Resistencia del material a la cortadura en Kgf/mm2. (Ver tabla)
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RESISTENCIA A LA ROTURA Y AL CORTE DE LOS MATERIALES LAMINADOS MÁS CORRIENTES
Resistencia a la Resistencial alMATERIALES rotura en Kg/mm2 corte en Kg/mm2 Peso
específicoen Kg/dm3
Recocido Crudo Recocido Crudo
Acero laminado con 0,1% de C. 31 40 25 32
Acero laminado con 0,2% de C. 40 50 32 40
Acero laminado con 0,3% de C. 44 60 35 48
Acero laminado con 0,4% de C. 56 70 45 56
Acero laminado con 0,6% de C. 70 90 56 72 7.8 - 7.9
Acero laminado con 0,8% de C. 90 110 72 90
Acero laminado con 1.0% de C. 100 130 80 105
Acero laminado Inoxidable 65 75 52 60
Acero laminado al sicilio 56 70 45 56
Aluminio 7.5 - 9 16 - 18 6 - 7 13 - 15 2,7
Anticorodal 11 - 13 32 - 36 9 - 10 25 - 29 2,8
Avional (Duraluminio) 16 - 20 38 - 45 13 - 16 30 - 36 2,8
Aluminio en aleación (Siluminio) 12 - 15 25 10 - 12 20 2,7
Alpaca laminada 35 - 45 56 - 58 28 - 36 45 - 46 8.3 - 8.45
Bronce 40 - 50 50 - 75 32 - 75 40 - 60 8.4 - 8.9
Cinc 15 25 12 20 7.1 - 7.2
Cobre 22 - 27 31 - 37 18 - 22 25 - 30 8.9 - 9
Estaño 4 - 5 3 - 4 7,4
Fibra 17
Latón 28 - 37 44 - 50 22 - 30 35 - 40 8.5 - 8.6
Oro 18 30 19.3 - 19.35
Plata laminada 29 29 23,5 23,5 10,5
Plomo 2,5 - 4 2 - 3 11,4
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FUERZA DE EXTRACCIÓN
Fuerza de extracción:
Fórmula: Fex = 0.10 · Fc.
Siendo:
Fc = Fuerza de corte
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TOLERANCIA DE CORTE
La tolerancia vendrá determinada por dos factores:
El espesor del material.
La resistencia al corte del propio material (Kg. mm2)
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¿DÓNDE DEBE APLICARSE LA TOLERANCIA DE CORTE?
¿PUNZÓN O MATRIZ?
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DOBLADO EN FORMA DE «V»
s2 · b · Kd
Fórmula = P = =
3 · I
Siendo:
P = Fuerza necesaria para el doblado
b = Ancho del material a doblar
l = Distancia entre apoyos
s = Espesor de la chapa
Kt = Coeficiente de rotura a la tracción en Kg/mm2.
Kd= Solicitud a la flexión en Kg/mm2 (Kd=2·Kt)
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DOBLADO EN FORMA DE «L»
s · b · Kd
Fórmula = P = =
6
Siendo:
P = Fuerza necesaria para el doblado
b = Ancho del material a doblar
l = Distancia entre apoyos
s = Espesor de la chapa
Kt = Coeficiente de rotura a la tracción en Kg/mm2.
Kd = Solicitud a la flexión en Kg/mm2 (Kd=2·Kt)
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DOBLADO EN FORMA DE «U»
s · b · Kd
Fórmula = P = · 2 =
6
Siendo:
P = Fuerza necesaria para el doblado
b = Ancho del material a doblar
l = Distancia entre apoyos
s = Espesor de la chapa
Kt = Coeficiente de rotura a la tracción en Kg/mm2.
Kd= Solicitud a la flexión en Kg/mm2 (Kd=2·Kt)
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FACTOR DE RETORNO
Valor que la chapa tiende a recuperar después de la acción del punzón.
FACTORES DE INFLUENCIA
El ángulo de doblado
La resistencia del material
El espesor de la chapa
El radio de plegado
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FIBRA NEUTRA
Zona del material que no está sujeta ni a tracción ni a compresión.
Cálculo necesario para conocer el desarrollo de las piezas dobladas.
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CÁLCULO DE EMBUTICIONESDeterminación de las dimensiones de la chapa antes de embutir el objeto.
FINALIDAD
Economía de material
Facilidad de embutición
Reducción del número de útiles
Capacidad de embutición
Número de transformaciones
OPERATIVA
Calcular el diámetro inicial del objeto a embutir
Calcular las medidas del primer diámetro y primera altura a obtener
Aplicar las sucesivas reducciones posteriores
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PRESIÓN DEL PRENSACHAPAS
Para chapa de Aluminio: Entre 8 ¸ 10 Kg./cm2
Presiones específicas: Para chapa de Hierro: Aprox. 15 Kg./cm2
Para chapa de Acero Dulce: Aprox. 20 Kg./cm2
Presión del pisador: Pp = 0.785 · ( D - d ) · p
D = Diámetro inicial del disco de chapa
d = Diámetro final de la pieza embutida
p = Presión específica s/ tabla
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PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO DE UNA MATRIZ
FASES DE REALIZACIÓN
Estudios y análisis previos al proyecto
Creación del «método plan»
Anteproyecto
Proyecto
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FASES DEL PROYECTO
DEFINICIÓN
Matriz completaMecanismos adicionalesPostizos / AccesoriosNormalizadosLista de materialesNormas Cliente
Características de la pieza
Características de la producción
Características de la prensa
DEFINICIÓN
Tipo de matrizConsumo de mat. primaSistem. de alimentaciónSistema de expulsiónProducción horariaDimensiones generalesCliente
Cliente
Estampador
Estampador
Área de calidad
Área de taller
Dto. CAD-CAM
CREACIÓN DEL METODO PLAN
ANTEPROYECTO
APROBACIÓN
PROYECTO COMPLETO
CONSTRUCCIÓN DE MATRIZ
APROBACIÓN
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ESTUDIOS PREVIOS AL DISEÑO DE LA MATRIZ
VALORACIONES
Planos y documentación de la pieza
Características del material
Tolerancias, recubrimientos, tratamientos térmicos, etc
Plazo de entrega de las primeras muestras o prototipos
Plazo de entrega de la matriz
Producción anual
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«MÉTODO PLAN»
VALORACIONES
Tipo de matriz a construir (manual o progresiva)Número de matrices necesariasTamaño aproximado de las matricesConsumos de materia primaProducciones aproximadas realizablesSentido de las rebabas en la piezaProducción de una o más piezas por golpeTipo de prensa necesariaMedios auxiliares
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ANTEPROYECTO
VALORACIONES
Aplicación de los datos aprobados en el estudio y el método plan
Cálculos técnicos
Paso y ancho definitivos
Dimensionado general
Situación de particiones de placas y postizos
Embridaje de la matriz
Situación de columnas y casquillos guía
Alimentación de la chapa y evacuación de piezas
Previsión de normalizados
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PROYECTO
VALORACIONES
Aplicación de los datos aprobados en el anteproyectoNormas del clienteProducciones a realizarMateriales de construcción a realizarTratamientos térmicosNormalizadosTolerancias de corte, doblado o embuticiónEvacuación de piezas y retalesCasquillos o punzones de cambio rápidoPlacas o casquillos autolubricantesDetectores de avance y salida de piezaTroceadores de retalLimadores de cierre y de almacenajeProtecciones de seguridadPlacas de insonorizaciónEtc.
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PROYECTO FINAL
VALORACIONES
Número de fases y descripción de la transformaciónEspesor del materialTipo de prensa destinadaCarrera aproximada de trabajoAlimentación y evacuación de piezaIndicaciones adicionalesTipo de material a transformarAncho de bandaPaso de la matrizCálculos técnicos
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CÁLCULO DE COSTES
MÉTODO PRECISIÓN GASTO IMPLANTACIÓN
ESTIMATIVO BAJA BAJO BAJO
ANALÍTICO ALTA ALTO BAJO
ANALÓGICO MODERADA BAJO ALTO
DE ACTIVIDAD ALTA MODERADO ALTO
ESTADÍSTICO MODERADA BAJO ALTO
CONOCIMIENTOS ALTA MODERADO MODERADO
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VALORACIÓN DE COSTES
Estudios CAE de la piezaEstudio del proceso de transformación de la piezaNúmero de utillajes necesarios para su fabricaciónRealización del proyecto en CAD de la matrizRealización gráfica del despiece y planos auxiliaresTamaño de las matricesComponentes a mecanizarCantidad y calidad de materiales y tratamientos térmicosElementos normalizados a utilizarProgramas y herramientas CAM necesariasTiempos de trabajoHoras de mecanizado en fresadora, torno, taladros, erosión, C.N.C., etc.Montaje y ajuste de matrizPruebas y puesta a punto de la herramientaHomologación y transporte final de la matriz
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VALORACIÓN DE COSTES
Materiales y aceros de construcciónTratamientos térmicos y recubrimientosElementos normalizadosMáquinas herramienta y sus capacidades de producciónTiempos y características de los mecanizadosLas dificultades de mecanizadoLos errores humanosLa fatigaEl estado de las máquinasLas habilidades del personalLas herramientasLos conocimientos del trabajo, etc.
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MÁQUINAS HERRAMIENTA
Erosiones ........................Erosión de penetración
Erosión de hilo
Rectificadoras.................Rectificadora universal
Rectificadora tangencial
Rectificadora de perfiles
Punteadoras ...................Punteadora universal
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MÁQUINAS HERRAMIENTA
Fresadoras ......................Fresadora universal
Fresadora de copiar
Fresadora de Control Numérico
Tornos .............................Torno de cilindrar
Torno de repulsar
Torno de control numérico
Taladros ..................... Manual
Radial
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LÍNEAS DE PRODUCCIÓN
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