Índice Prólogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIII
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Introducción a las máquinas herramientas
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Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Algo de historia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 1. Máquinas herramientas . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Clasificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Movimiento de corte rectilíneo . . . . . . . . . . . . . . . Movimiento de corte circular . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 2. Máquinas herramientas con movimiento de corte rectilíneo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cepilladora (Cepillo de puente) . . . . . . . . . . . . . . . Limadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sierra Alternativa/Cinta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mortajadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brochadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Talladora de ruedas dentadas . . . . . . . . . . . . . . . . . Máquinas sistema Maag . . . . . . . . . . . . . . . . Máquinas sistema Sunderland . . . . . . . . . . . Máquinas sistema Fellows . . . . . . . . . . . . . . Tallado de ruedas dentadas cónicas de diente recto por cepillado con generación . . Máquinas sistema Bilgram . . . . . . . . . . . . . . Máquinas sistemas Gleason, Heidenreich y Harbeck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 3. Máquinas herramientas con movimiento de corte rotativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bancada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cabezal fijo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Carros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contracabezal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno al aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno de doble cabezal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno fresador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno copiador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno barrena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno revólver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno automático (mecánico) . . . . . . . . . . . . . . . . . Torno automático multihusillos . . . . . . . . . . . . . . . Torno CNC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1 2 3 4 4 4 5 5 5 5 7 7 8 9 10 11 12 12 13 14 14 15 15 16 16 16 17 17 18 18 19 19 20 21 22 23 24 24
Taladradora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos de una taladradora . . . . . . . . . . . Taladradoras de sobremesa . . . . . . . . . . . . . Taladradoras de columna . . . . . . . . . . . . . . . Taladradora radial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Taladradoras múltiples . . . . . . . . . . . . . . . . . Taladradora revólver . . . . . . . . . . . . . . . . . . Taladradoras horizontales . . . . . . . . . . . . . . Taladradora-fresadora . . . . . . . . . . . . . . . . . Taladradoras con disposiciones «a medida» Taladradoras portátiles . . . . . . . . . . . . . . . . . Portátiles eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Portátiles neumáticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fresadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 - Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 - Columna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - Consola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 - Carro transversal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Placa giratoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 - Mesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 - Brazo-soporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fresadora universal de eje orientable . . . . . Fresadora de torreta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fresadora de bancada fija . . . . . . . . . . . . . . Fresadora de mesa fija y columna móvil . . . Fresadora copiadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fresadora de puente (pórtico) . . . . . . . . . . . Fresadora de puente móvil . . . . . . . . . . . . . . Mandrinadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mandrinadora horizontal de columna fija (universal) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mandrinadora horizontal de columna móvil Mandrinadora horizontal de precisión . . . . . Mandrinadoras horizontales especiales . . . . Mandrinadoras verticales especiales . . . . . . Mandrinadora portátil . . . . . . . . . . . . . . . . . Rectificadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rectificadora cilíndrica de exteriores . . . . . Rectificadora cilíndrica de interiores . . . . . . Rectificadora cilíndrica universal . . . . . . . . Rectificadora cilíndrica sin centros . . . . . . . Rectificadora de cigüeñales . . . . . . . . . . . . . Rectificadora de árboles de levas y óvalos . Rectificadora de roscas . . . . . . . . . . . . . . . . Rectificadoras de ruedas dentadas (engranajes) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rectificadora plana tangencial . . . . . . . . . . . Rectificadora plana frontal . . . . . . . . . . . . . .
25 26 26 27 30 31 33 33 34 34 34 35 37 37 41 41 42 42 43 43 44 44 45 46 47 48 48 49 50 50 54 56 56 57 57 58 59 61 61 64 66 66 66 68 70 71
V
I
Índice Rectificadora de guías de bancada . . . . . . . . . . 72 Rectificadora de perfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Rectificadora de doble cara . . . . . . . . . . . . . . . 73 Rectificadoras especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Centro de mecanizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Bancada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Columna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Cabezal con husillo principal . . . . . . . . . . . . . . 76 Mesa de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Almacén de herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Sistema de engrase automático . . . . . . . . . . . . 80 Sistema de refrigeración . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Centros de mecanizado universales . . . . . . . . . 81 Centros de mecanizado especiales . . . . . . . . . . 83 Accesorios de medición y calibración . . . . . . . 84 Roscadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Roscadoras por turbulencia (cepillado) . . . . . . 85 Terraja de apertura automática . . . . . . . . . . . . . 86 Roscado interior con machos de roscar . . . . . . 87 Roscado por laminación - con terraja de rodillos y machos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Roscado por laminación con rodillos . . . . . . . 88 Laminado de roscas por peines . . . . . . . . . . . . 89 Sierra circular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Afiladora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Talladora de ruedas dentadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Tallado con fresa de forma o de módulo . . . . . 92 Tallado de tornillos sinfín . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Fresado de ruedas cónicas con dientes rectos . 94 Fresado de cremalleras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Tallado con fresa de punta . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Tallado con fresa madre . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Tallado de ruedas cónicas . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 BLOQUE 4. Máquinas herramientas para mecanizados especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Mecanizado por ultrasonidos . . . . . . . . . . . . . . 103 Corte por chorro de agua . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Corte por chorro de agua y abrasivo . . . . . . . . 105 Corte por chorro abrasivo (chorro de gas con abrasivo) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Mecanizado electroquímico . . . . . . . . . . . . . . . 106 Achaflanado y eliminación de rebabas . . . . . . 107 Esmerilado-afilado electroquímico . . . . . . . . . 107 Mecanizado por electroerosión (EDM Electrical Discharging Machining) . . . . . . . . . 107 Mecanizado con haz de electrones . . . . . . . . . . 109 Mecanizado con rayo láser . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Corte con arco de plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Oxicorte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Mecanizado químico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Clasificación de las máquinas herramientas . . 112 Definición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Clasificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
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Materiales utilizados en fabricación mecánica
. . . . 117
BLOQUE 1. Características de los materiales . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ¿Materia, material, cuerpo...? . . . . . . . . . . . . . . . . . Propiedades de los materiales . . . . . . . . . . . . . . . . Propiedades mecánicas . . . . . . . . . . . . . . . .
VI
119 119 119 119 120
BLOQUE 2. Materiales metálicos . . . . . . . . . . . . . . . . . Metales más utilizados en la industria mecánica . . El hierro (Fe) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otros productos de acero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cobre (Cu) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aluminio (Al) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estaño (Sn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Plomo (Pb) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zinc (Zn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Titanio (Ti) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 3. Cerámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de materiales cerámicos . . . . . . . . . . . . . . . . Propiedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propiedades mecánicas . . . . . . . . . . . . . . . . Propiedades físicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Abrasivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nuevos materiales cerámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . Óxidos cerámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Carburos cerámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nitruros cerámicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Algunos elementos importantes relacionados... . . . Grafito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diamante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Silicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Boro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 4. Plásticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Algo de historia... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El avance de la química de los plásticos . . . Tipos de plásticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Relación de termoplásticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . Relación de termoestables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 5. Composites: Materiales compuestos . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Clasificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Compuestos de matriz orgánica . . . . . . . . . . . . . . .
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado
BLOQUE 1. Propiedades tecnológicas de los materiales Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Colabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forjabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Soldabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Embutibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Templabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 2. Maquinabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Punto 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Propiedades del material a mecanizar . . . . . . . . . . Dureza y resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ductibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conductividad térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . Inclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Materiales duros/endurecidos . . . . . . . . . . . Aditivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estructura del material . . . . . . . . . . . . . . . . . Condiciones de la pieza a mecanizar . . . . . . Estado superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos de la aleación . . . . . . . . . . . . . . .
122 122 122 128 128 131 132 133 133 134 134 134 135 135 135 135 135 136 136 136 137 138 138 138 139 139 139 139 139 140 140 140 142 142 142 142 142
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Índice BLOQUE 3. Referencias para el... . . . . . . . . . . . . . . . . . Mecanizado del acero inoxidable . . . . . . . . . . . . . . Mecanizado de la fundición . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mecanizado del aluminio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mecanizado de aleaciones termo-resistentes . . . . . Mecanizado de metales refractarios . . . . . . . . . . . . Mecanizado del titanio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mecanizado de «composites» . . . . . . . . . . .
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Elementos para la sujeción de piezas
. . . 167
BLOQUE 1. Planteamientos generales . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Requisitos del utillaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Requisitos técnicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Requisitos económicos . . . . . . . . . . . . . . . . . Requisitos ergonómicos . . . . . . . . . . . . . . . . Funciones del utillaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Referencia espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sujeción y soporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de utillajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Utillaje específico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Utillaje modular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 2. Criterios para el diseño de utillajes . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Relaciones de tolerancia geométrica . . . . . . . . . . . Superficies de apoyo, de partida y de referencia . . Sistemas de referencias . . . . . . . . . . . . . . . . Elección de las referencias . . . . . . . . . . . . . . Apoyos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Deformaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Deformaciones mecánicas . . . . . . . . . . . . . . Esfuerzo de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Deformaciones por temperatura . . . . . . . . . . Consideraciones para la realización de los utillajes Precisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Simplificación del trabajo . . . . . . . . . . . . . . Dibujos de utillajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 3. Diseño de utillajes específicos . . . . . . . . . Concepción y estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Método a utilizar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Posicionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Puntos de apoyo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aprietes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comprobaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Simplificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de apriete . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Espirales y excéntricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Espiral de Arquímedes . . . . . . . . . . . . . . . . . Espiral logarítmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Excéntrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Irreversibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guiado de herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guías para el taladrado y para el mandrinado Guías de mandrinado . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guías para el fresado y cepillado . . . . . . . . . Bases para utillajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de bases de utillajes . . . . . . . . . . . . . . Construcción de bases de utillajes . . . . . . . .
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160 160 161 163 163 164 164 164
169 169 169 169 170 170 171 171 172 173 173 173 174 174 174 175 175 176 177 177 178 179 180 181 181 182 184 184 184 185 185 186 187 189 189 190 190 191 193 193 194 194 194 195 195 197 197 198 198 198
Construcción en acero laminado soldado . . Transporte, manipulación y fijación . . . . . . Utillajes expansibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pinzas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dispositivos con pinzas . . . . . . . . . . . . . . . . Esquemas de fijaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 4. Diseño de utillajes modulares . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Determinación de atadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Factores técnicos y económicos en la determinación de las atadas . . . . . . . . . . . . . Direcciones de mecanizado . . . . . . . . . . . . . Configuración de la máquina . . . . . . . . . . . . Estudio y concepción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Posicionadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Amarres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Soportes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Configuración del posicionamiento . . . . . . . . . . . . Determinación de los planos 3-2-1 . . . . . . . Configuraciones con agujeros . . . . . . . . . . . Configuraciones con cilindros . . . . . . . . . . . Un elemento en V y 4 posicionadores . . . . . Determinación de los cuatro posicionadores Dos elementos en V y 2 posicionadores . . . Dos elementos en V y 3 posicionadores . . . Colocación de posicionadores . . . . . . . . . . . Puntos de amarre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos en V para amarre . . . . . . . . . . . . Pasadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Amarres con contacto estriado . . . . . . . . . . . Puntos de soporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diseño del utillaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 5. Elementos comerciales . . . . . . . . . . . . . . . Bases, escuadras y secciones . . . . . . . . . . . . . . . . . Tornillería y arandelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Levas y excéntricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bridas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Apoyos regulables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 6. Tablas... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tolerancias (dimensionales), Ajustes y Acabados superficiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
Seguridad en el trabajo
I
199 199 200 201 201 202 203 203 203 204 204 205 205 205 206 206 206 207 209 209 210 210 212 213 213 215 215 215 215 216 216 216 217 218 220 221 221 223 223
. . . . . . . . . . . . . . 231
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consejos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 1. Recomendaciones generales . . . . . . . . . . . Orden y limpieza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Manejo de cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Incendios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Riesgo eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Manejo de productos químicos . . . . . . . . . . . . . . . Manejo de máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Manejo de herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Equipo individual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pantallas de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estrés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Actuación en accidentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 2. Recomendaciones concretas . . . . . . . . . . . Taller de fundición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
232 232 233 233 233 234 234 234 235 235 236 236 237 237 238 238
VII
I
Índice Tornos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fresadoras y cepillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fresadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cepillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Taladradoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Herramientas de corte y broca . . . . . . . . . . . . . . . . Herramientas auxiliares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Trabajos en banco de ajuste . . . . . . . . . . . . . . . . . . Electroesmeriladoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forjado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Soldaduras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 3. Reglamento de seguridad en máquinas . . Extracto del «Anexo relación de maquinaria» . . . .
5
Características del mecanizado
. . . . . . . . 253
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 1. Formación de la viruta . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Planteamientos generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ángulo de desprendimiento (γ) . . . . . . . . . . Ángulo de incidencia (α) . . . . . . . . . . . . . . . Condiciones de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . Modelo de corte ortogonal . . . . . . . . . . . . . . Formación real de viruta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Desgastes de las herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . Indicadores de los desgastes . . . . . . . . . . . . BLOQUE 2. Operaciones de torneado . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cilindrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Operaciones que se realizan en el torno . . . Sujeción de las piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . Parámetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 3. Operaciones de taladrado . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Taladrado con brocas helicoidales . . . . . . . . Operaciones relacionadas con el taladrado . BLOQUE 4. Operaciones de fresado . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de operaciones de fresado . . . . . . . . . Fresado periférico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fresado frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Operaciones en centros de mecanizado . . . . BLOQUE 5. Operaciones de cepillado, brochado y aserrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brochado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aserrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 6. Operaciones de rectificado y acabado . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones para la ejecución del rectificado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fluidos para el rectificado . . . . . . . . . . . . . . Otras operaciones con esmeril . . . . . . . . . . .
6
Herramientas (arranque de viruta)
238 239 239 239 240 240 240 241 242 242 242 243 251
254 255 255 257 258 259 259 260 260 261 265 265 265 266 266 267 267 268 268 268 269 269 269 269 270 271 271 272 272 272 272 273 273 274 274 274
. . . . . . . . . . . . . . . . . 277
BLOQUE 1. Herramientas para las operaciones de mecanizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
VIII
Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Acero rápido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Acero rápido micrograno . . . . . . . . . . . . . . . 280 Características y selección de los aceros rápidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Características . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 Metal duro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 Fabricación del metal duro para herramientas de corte (plaquitas) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 Clasificación de los metales duros para herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 Metal duro recubierto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 Cermet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 Cerámicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 Nitruro de boro cúbico (CBN) . . . . . . . . . . . . . . . . 291 Diamante policristalino (PCD) . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Recubrimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 PVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Evaporación al vacío . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 Bombardeo con partículas atómicas (sputtering) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 Recubrimiento iónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 CVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 Proceso QQC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 BLOQUE 2. Selección de herramientas . . . . . . . . . . . . 296 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Formas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Piezas rotativas y fijas . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 Operaciones de generación y de formación . 296 Tolerancias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 Acabado superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 Factores geométricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 Factores del material de la pieza . . . . . . . . . 299 Factores de vibración y de la máquina herramienta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 Formación de la viruta y ángulo de posición . . . . . 300 Ángulo de posición (o de ataque) . . . . . . . . 300 Factores a considerar para la selección . . . . . . . . . 301 Pauta para la selección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 Desarrollo de la secuencia/pauta . . . . . . . . . 302 BLOQUE 3. Herramientas para operaciones de torneado 305 Herramientas para el mecanizado exterior . . . . . . . 305 BLOQUE 4. Herramientas para operaciones de fresado 334 Fresas enteras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334 Tipos de mango para fresas frontales . . . . . . . . . . . 334 Fresas frontales con mango cilíndrico . . . . . 335 Fresado de chaveteros rectos . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 Fresado de chaveteros redondos (Woodruff) . . . . . 338 Fresado de ranuras en T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338 Fresas angulares y cóncavas . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 Fresas cónicas para matricería . . . . . . . . . . . . . . . . 339 Fresado de roscas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 Fresas frontales con mango cónico . . . . . . . . . . . . 340 Fresas cilíndricas y de disco . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 Fresas de plaquitas intercambiables . . . . . . . . . . . . 344 Fresado frontal y/o combinado . . . . . . . . . . 345 Ranurado (fresas de disco) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 Muestra de plaquitas empleadas en el fresado combinado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 Muestra de plaquitas empleadas en el fresado frontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 BLOQUE 5. Herramientas para operaciones de taladrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 Brocas helicoidales con mango cilíndrico . . . . . . . 351
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Índice Brocas helicoidales con mango cónico . . . . . . . . . Brocas bidiametrales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brocas escariadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brocas de centrar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Brocas de plaquita intercambiable . . . . . . . . . . . . . Brocas espada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Escariadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Avellanadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extractores de tornillos rotos . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 6. Herramientas para operaciones de roscado . BLOQUE 7. Identificación ISO de las herramientas . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de identificación ISO de plaquitas intercambiables para operaciones de torneado, fresado, taladrado y mandrinado . . . . . . . . . . . Sistema de identificación ISO para portaherramientas de exteriores y barras de mandrinar de plaquita intercambiable . . . Sistema de identificación ISO para herramientas de fresado de plaquita intercambiable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de identificación ISO para acoplamientos cónicos y cilíndricos, y adaptadores para herramientas rotativas de plaquita intercambiable . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de identificación ISO para cabezas de taladrar/mandrinar de plaquita intercambiable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de identificación ISO para cartuchos de plaquita intercambiable . . . . . . . . . . . . . . Sistema de identificación ISO para plaquitas de roscado intercambiables . . . . . . . . . . . . . Sistema de identificación ISO para brocas de plaquita intercambiable . . . . . . . . . . . . . . Herramientas ISO con plaquita de metal duro soldada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
Manipulación de las máquinas-herramienta
366 367 368
369 370 371 372 373 374
. . . . . . . . . . . . . . . 375
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 1. Ejercicios para la manipulación de las máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ejercicio combinado 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ejercicio combinado 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hoja de proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
352 353 353 353 356 357 357 358 360 361 364 364
376 377 377 378 379
Características del conformado . . . . . . . . 381
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Visión general del conformado . . . . . . . . . . . . . . . Procesos de deformación volumétrica . . . . . Procesos de conformado mecánico . . . . . . . BLOQUE 1. Laminado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conceptos básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Laminado plano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Laminado de perfiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otras operaciones de laminado . . . . . . . . . . . . . . . Laminado de anillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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383 383 383 383 384 384 385 385 386 386 386
Laminado de roscas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Laminado de ruedas dentadas . . . . . . . . . . . Perforado de rodillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 2. Forjado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forjado con matriz abierta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forjado con matriz cerrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forjado sin rebaba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otras operaciones de forja y operaciones relacionadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estampado con forja y forjado radial . . . . . Forjado con rodillos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forjado orbital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Punzonado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Forjado isotérmico con estampa caliente . . . Recortado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 3. Extrusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de extrusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extrusión directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extrusión inversa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extrusión en frío . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extrusión en caliente . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proceso continuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Proceso discrecional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otros procesos de extrusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extrusión por impacto . . . . . . . . . . . . . . . . . Extrusión hidrostática . . . . . . . . . . . . . . . . . Defectos en productos extruidos . . . . . . . . . . . . . . Reventado central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tubificado (bolsa de contracción) . . . . . . . . Agrietado superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 4. Estirado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Práctica del estirado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estirado de tubos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 5. Conformado mecánico de láminas metálicas Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Operaciones de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cizallado, punzonado y perforado . . . . . . . . Análisis del corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Juego o claro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fuerzas de corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otras operaciones de corte de láminas metálicas . . Corte en trozos y partido . . . . . . . . . . . . . . . Ranurado, perforado múltiple, muescado y semi-muescado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Recorte, rasurado y punzonado fino . . . . . . BLOQUE 6. Operaciones de doblado . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Doblado en V y doblado de bordes . . . . . . . . . . . . Análisis del doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tolerancia de doblado . . . . . . . . . . . . . . . . . Recuperación elástica . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fuerza necesaria para el doblado . . . . . . . . . Otras operaciones de doblado y operaciones relacionadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Refuerzo, doblez, engrapado y rebordeado . Operaciones mixtas de doblado . . . . . . . . . . BLOQUE 7. Embutido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mecánica del embutido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otras operaciones de embutido . . . . . . . . . . . . . . .
I
386 387 387 387 387 388 389 389 390 390 391 391 391 392 392 392 392 392 392 393 393 393 394 394 394 394 394 395 395 395 395 395 395 395 396 396 396 397 397 397 398 398 398 398 399 399 399 399 399 400 400 400 400 400 400 401 401 401 401 402
IX
I
Índice Reembutido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Embutido de formas no cilíndricas . . . . . . . Embutido sin sujeción . . . . . . . . . . . . . . . . . Defectos en el embutido . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 8. Otras operaciones de conformado de láminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Operaciones realizadas con herramientas metálicas Planchado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Acuñado y estampado . . . . . . . . . . . . . . . . . Despegado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Torcido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Operaciones realizadas con herramientas flexibles Cojín elástico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Punzón elástico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hidroformado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 9. Operaciones no realizadas en prensa . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reestirado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Doblado y conformado con rodillos . . . . . . . . . . . Conformado con rodillos . . . . . . . . . . . . . . . Repulsado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Repulsado convencional . . . . . . . . . . . . . . . Repulsado «cortante» . . . . . . . . . . . . . . . . . . Repulsado de tubos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conformado por alta velocidad energética . . . . . . Conformado por explosión . . . . . . . . . . . . . Conformado electro-hidráulico . . . . . . . . . . Conformado electromagnético . . . . . . . . . . . BLOQUE 10. Doblado de tubos . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
Herramientas para el conformado
403 403 404 404 404 404 404 404 404 405 405 405 405 405 406 406 406 406 407 407 407 407 408 408 408
. . . . . 411
BLOQUE 1. Herramental para el conformado de deformación volumétrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Laminado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Laminadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Laminadores de desbaste . . . . . . . . . . . . . . . Laminador de palastro (slabbing) . . . . . . . . Trenes de laminado de perfiles . . . . . . . . . . Trenes de laminado de planchas . . . . . . . . . Laminadores oblicuos . . . . . . . . . . . . . . . . . Laminadores especiales . . . . . . . . . . . . . . . . Forjado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Martinete de forja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prensas de forjado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Matrices de forjado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extrusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Estirado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Matrices de estirado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Preparación del material . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 2. Herramental para el conformado mecánico de láminas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Matrices y prensas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de troquel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Troqueles simples de corte . . . . . . . . . . . . . Troqueles con guía de punzones fija a la matriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Troqueles de corte coaxial . . . . . . . . . . . . . .
X
402 403 403 403
412 412 412 412 413 414 414 414 415 415 415 415 416 417 418 419 419 419 420 420 420 420 420 421 422
Troqueles simultáneos al aire . . . . . . . . . . . Troqueles para cortes horizontales o inclinados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Troqueles con punzón flexible . . . . . . . . . . . Posición del mango en los troqueles . . . . . . Componentes de un troquel . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mangos portapunzones y sujeción a la prensa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Placa freno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Punzones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de fijación de los punzones: placa portapunzones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Disposición de los punzones en la placa . . . Elección del sistema de fijación de los punzones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Placa matriz: tipos y ángulos de salida . . . . Sujeción de la placa matriz: bases normalizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Placa de guía de punzones . . . . . . . . . . . . . . Guías laterales de la chapa . . . . . . . . . . . . . . Dispositivos de retención y fijación del paso de la banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Formas y detalles constructivos de los troqueles coaxiales y simultáneos al aire . . . Elementos de otros tipos de troqueles . . . . . Doblado y curvado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Variantes del doblado y curvado . . . . . . . . . Radio mínimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Algunas observaciones generales sobre el doblado y curvado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de dobladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Observaciones generales sobre los órganos de los dobladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Troqueles simples de doblar . . . . . . . . . . . . Troqueles con expulsores o sujetadores . . . Troqueles de doblar con piezas matrices giratorias o basculantes . . . . . . . . . . . . . . . . Troqueles de doblar con piezas matrices deslizantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Troqueles de doblar con punzón de doble o múltiple efecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Otros tipos de dobladores . . . . . . . . . . . . . . Alimentación y expulsión de las piezas en los dobladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Troqueles mixtos de doblar y cortar . . . . . . Prensas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Clasificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prensas mecánicas de excéntrica . . . . . . . . . Prensas de husillo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Prensas hidráulicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cojín hidroneumático . . . . . . . . . . . . . . . . . . Alimentación de las prensas y expulsión de la pieza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
Medios internos y externos de las máquinas herramienta
423 424 425 425 425 425 425 426 427 428 428 428 430 431 431 432 435 439 439 439 440 440 441 441 441 442 443 443 444 444 444 445 445 445 445 447 447 447 448 448
. . . . . . . . 451
BLOQUE 1. Componentes soporte y desplazables . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bancadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Solidez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
452 452 452 452 452
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Índice Estabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Materiales y formas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guías deslizantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Material y construcción de las guías deslizantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Guías de rodadura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ajuste del juego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bloqueo de los carros . . . . . . . . . . . . . . . . . . Protección de las guías . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 2. Componentes de potencia y transmisión . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Motores eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Arranque de motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . Frenado de motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Uso de los motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Motores neumáticos e hidráulicos . . . . . . . . Transmisión del movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . Acoplamientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transmisión simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transmisión compuesta . . . . . . . . . . . . . . . . Inversión del sentido de giro . . . . . . . . . . . . Cambio de velocidad por engranajes . . . . . . Cajas de engranajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ejes o husillos principales . . . . . . . . . . . . . . Esfuerzos que soporta el husillo del cabezal Reducción de las deformaciones del husillo Rodamientos y cojinetes de fricción . . . . . . Mecanismos de avance . . . . . . . . . . . . . . . . Medida de los desplazamientos . . . . . . . . . . Indicadores de posición . . . . . . . . . . . . . . . . Cadena cinemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 3. Componentes de mando y anexos . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mando eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Elementos de accionamiento . . . . . . . . . . . . Elementos de señalización . . . . . . . . . . . . . . Redes de engrase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistemas de refrigeración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
454 454 454 455 455 455 455 455 456 456 456 457 457 457 457 457 458 459 460 461 461 462 462 462 463 465 466 466 466 466 466 467 467 468
. . 469
BLOQUE 1. Verificación de las máquinas-herramienta Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Normas para consulta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Consideraciones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tolerancias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Subdivisión de las tolerancias . . . . . . . . . . . Estado de la máquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pruebas prácticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verificaciones geométricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rectitud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Planicidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Paralelismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Equidistancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Coincidencia o alineación . . . . . . . . . . . . . . Perpendicularidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rotación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Controles especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . División. Definición de los errores . . . . . . .
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453 453 453 453
470 470 470 470 470 470 471 472 472 472 473 474 475 475 476 478 480 480
Repetibilidad de los mecanismos de división angular con enclavamiento (por ejemplo, torretas) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Intersección de ejes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Instrumentos de verificación . . . . . . . . . . . . . . . . . Reglas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mandrinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Escuadras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Niveles de precisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 2. Pautas para la verificación de las máquinas-herramienta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tornos paralelos de uso general . . . . . . . . . . . . . . . Precisiones complementarias relativas a la rectitud de las guías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verificación geométrica . . . . . . . . . . . . . . . . Fresadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rectificadora cilíndrica de exteriores . . . . . . . . . . Placas (mesas) porta-piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . Montaje y utilización . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
Mantenimiento básico y su gestión
I
480 480 481 481 482 484 485 485 485 485 493 493 493 510 517 517
. . . . 521
BLOQUE 1. Mantenimiento de máquinas y equipos . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Etapas del mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de mantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mantenimientos: Preventivo, Correctivo, de Mejora, Predictivo... . . . . . . . . . . . . . . . . . . Grados de intervención . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 2. Automantenimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tareas a desarrollar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mecánica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Herramental y útiles de medición . . . . . . . . Circuitos hidráulicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . Circuitos de engrase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Circuitos eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Circuitos neumáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . Equipos de manutención y de alimentación Limpieza en general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Incidencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fichas útiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BLOQUE 3. Gestión del mantenimiento . . . . . . . . . . . . Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Planteamiento de TPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Política de la empresa . . . . . . . . . . . . . . . . . Puntos básicos de actuación . . . . . . . . . . . . . Mantenimiento de averías . . . . . . . . . . . . . . Mantenimiento preventivo . . . . . . . . . . . . . . Mantenimiento productivo . . . . . . . . . . . . . . Control de herramientas de mantenimiento . Dinámica del TPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Círculos de calidad TPM . . . . . . . . . . . . . . . Sugerencias TPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lemas TPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
522 522 522 523 523 524 525 525 525 525 526 526 526 527 527 527 528 528 530 533 533 533 533 533 533 534 535 536 536 536 536 536
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
XI
Prólogo Esta -nuestra primera obra- está realizada respetando el modelo curricular marcado por el Ministerio de Educación y Ciencia, estructurada en cuatro bloques: z z z z
Preparación para la fabricación. Fabricación con arranque de viruta. Fabricación sin arranque de viruta. Mantenimiento.
ayuda a organizar los temas de forma ordenada, entrelazando de forma práctica los diferentes conceptos que se ven y con un criterio racional en cuanto a la temporalidad de los mismos. Dado el enfoque predominantemente práctico, resultará de gran ayuda a la hora de completar, ampliar y reforzar explicaciones dadas por ellos mismos con ejemplos y planteamientos reales que se dan en los talleres y fábricas.
Hemos tratado que el equilibrio en cuanto al desarrollo de los temas, sea el adecuado contemplando la poca cantidad de horas disponibles en el currículo para la impartición de un módulo tan completo, pues no hay que olvidar que en éste se materializan muchos de los contenidos del resto de módulos que forman parte del ciclo formativo.
Hemos querido presentar las nuevas tendencias en cuanto a maquinaria y herramental para mecanizado con arranque de viruta, puesto que entendemos que no es bueno que el alumnado no conozca más de cerca estos equipos, que no son otros que aquellos con los que se está produciendo en los talleres actuales.
El desarrollo de los temas se presenta en capítulos, agrupados en los cuatro bloques antes mencionados -resultado de la experiencia docente a lo largo de los años, en los que, partiendo de unos criterios pedagógicos, se plantean primero los objetivos de cada uno de ellos y luego los contenidos, separando claramente los de tipo procedimental, conceptual y actitudinal; todo ello plasmado en la programación facilitada al profesorado.
Entendemos que se ha concretado en las exposiciones de los temas, apartándonos de divagaciones y dándoles sentido práctico y concreto. Cabe recordar que el destinatario de este trabajo es el alumnado que se inicia en la Producción por mecanizado, para que tenga una base sólida donde afianzarse y poder profundizar más adelante.
Precisamente esta estructura es la que hace que este libro también sea interesante para el profesorado, puesto que le
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Veremos cumplido nuestro deseo si este trabajo es de utilidad para el profesorado que imparte el módulo, y si para el alumnado es un punto de partida satisfactorio para su desarrollo profesional.
XIII
Introducción a las máquinas herramientas Contenido Introducción Algo de historia... BLOQUE 1. Máquinas herramientas Introducción. Clasificación. Movimiento de corte rectilíneo. Movimiento de corte circular (o rotativo). BLOQUE 2. Máquinas herramientas con movimiento de corte rectilíneo z z z z z z
Cepilladora (cepillo de puente). Limadora. Sierra alternativa/cinta. Mortajadora. Brochadora. Talladora de ruedas dentadas.
BLOQUE 3. Máquinas herramientas con movimiento de corte rotativo z z z z z z z z z z
Torno. Taladradora. Fresadora. Mandrinadora. Rectificadora. Centro de mecanizado. Roscadora. Sierra circular. Afiladora. Talladora de ruedas dentadas.
BLOQUE 4. Máquinas herramientas para mecanizados especiales Introducción z Mecanizado mecánico: z Ultrasonido. z Chorro de agua. z Chorro de agua abrasivo. z Chorro de gas abrasivo. z Mecanizado electroquímico. z Mecanizado térmico: z Electroerosión. z Haz de electrones. z Láser. z Plasma. z Oxicorte. z Mecanizado químico.
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Introducción Para tomar un punto de referencia, vale la pena que definamos primero lo que entendemos por mecanizado: Operación/es que consiste/n en dar forma o acabado a una pieza mediante un proceso que implica una pérdida de material, utilizando una herramienta de corte u otros procedimientos. También podemos constatar que en algunos sectores industriales, el conformado también es considerado como mecanizado. Entre los procesos mecánicos que implican el arranque de material se pueden incluir: aserrado, taladrado, torneado, fresado, mortajado, brochado, cepillado, etc., como procedimientos en los que el arranque de viruta se produce a través de los filos -determinados geométricamente- de la herramienta, y rectificado, esmerilado, electroerosión, bruñido y láser, como procesos con filos no determinados. El mecanizado por arranque de viruta es parte relevante de muchos procesos en la producción de una amplia gama de elementos, que forman parte de: motores, maquinaria, herramientas, utillajes, vehículos, recambios, etc. El mecanizado de una pieza consta de una sucesión de operaciones, definidas por el proceso de mecanizado necesario y que engloba de forma detallada, todas las transformaciones que debe sufrir ésta hasta su acabado final. Para ello, utilizamos -generalmente- las máquinas herramientas, aunque también existen herramientas adecuadas para realizar algunos procesos manualmente: limas, arcos de sierra, cinceles, buriles, escariadores, terrajas y machos de roscar a mano, etc. Las máquinas herramientas destinadas al mecanizado han de cumplir varias condiciones: z exactitud en su fabricación: precisión en los elementos constructivos de la máquina; z exactitud en el trabajo: determina la realización y capacidad de repetición de las piezas fabricadas; z seguridad de funcionamiento: para no perturbar la marcha del proceso de mecanizado; z protección en el trabajo: salvaguarda a los operarios contra accidentes. Las máquinas herramientas pueden trabajar con o sin arranque de viruta -por deformación (conformado) o por corte-. Si mantenemos la definición de mecanizado, cabe convenir que las primeras son las máquinas herramientas por excelencia.
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Introducción a las máquinas herramientas
Algo de Historia...
en 1798 un contrato del gobierno para producir 10.000 mosquetes hechos con piezas intercambiables.
Las máquinas herramientas modernas datan de 1775, año en el que el inventor británico John Wilkinson construyó en los talleres metalúrgicos de Bersham, una taladradora horizontal que permitía conseguir superficies cilíndricas interiores. Hacia 1794 Henry Maudslay desarrolló el primer torno mecánico, que patentó en 1797.
Allá por 1843, para sustituir las piedras de arenisca, en París se fabricó la primera muela artificial.
Hacia 1800 Maudslay construyó un torno pensado principalmente para tallar tornillos.
Inicialmente para el rectificado de piezas cilíndricas se utilizaba el torno, acoplando en su carro longitudinal un cabezal porta-muelas (de rectificar). En 1870, Brown&Sharpe fabricó y comercializó la primera rectificadora universal, que no fue tal hasta que en 1880 se le añadió el dispositivo para el rectificado interior, y ese mismo año, construyó una pequeña rectificadora de superficies planas para piezas pequeñas; y en 1887, una rectificadora puente para piezas grandes. El verdadero desarrollo del rectificado de producción con herramientas abrasivas no se inició hasta finales del siglo XIX. Dos circunstancias favorecieron este desarrollo: z la exigencia de la industria del automóvil que solicita piezas de acero templado y acabadas con un alto grado de calidad y, z el descubrimiento, en 1891, por parte de Edward Goodrich Acheson, del carburo de silicio, «carborundum».
Una de las máquinas (cepilladora) de Whitworth.
Más adelante, Sir Joseph Whitworth, que en 1835 patentó un torno de plato, aceleró la expansión de las máquinas de Wilkinson y de Maudslay al desarrollar otras máquinas, instrumentos que permitían una precisión de una millonésima de pulgada (0,0000254 milímetros), unificar el perfil de las roscas y los pasos de los tornillos, etc. Sus trabajos tuvieron gran relevancia ya que se necesitaban métodos precisos de medida para la fabricación de productos hechos con piezas intercambiables.
El descubrimiento de Acheson permitió disponer de una herramienta importante para poder desarrollar grandes velocidades de corte, lo que condujo a la construcción de máquinas más potentes y precisas capaces de cubrir las exigencias de calidad. A finales del siglo XIX, la empresa inglesa Churchill y las americanas Norton, Landis, Blanchar, Cincinnati, etc., ya habían desarrollado prácticamente todos los tipos de rectificadoras, con la tecnología de la época. A principios del siglo XX, aparecieron máquinas herramientas más grandes y de mayor precisión. A partir de 1920 estas máquinas se especializaron y entre 1930 y 1950 se desarrollaron máquinas más potentes y rígidas que aprovechaban los nuevos materiales de corte desarrollados en aquel momento.
Las primeras pruebas de fabricación de piezas intercambiables se dieron al mismo tiempo en el Viejo y Nuevo Continente. Estos experimentos se basaban en el uso de calibres de catalogación, con los que las piezas se podían clasificar en dimensiones prácticamente idénticas.
Estas máquinas especializadas permitían fabricar productos estandarizados con un coste bajo, utilizando mano de obra sin cualificación especial. Sin embargo, carecían de flexibilidad y no se podían emplear para varios productos ni para variaciones en los estándares de fabricación.
Fresadora de Whitney.
Para solucionar este problema, las diversas ingenierías que intervienen en el diseño y construcción de maquinaria, se han dedicado durante las últimas décadas a diseñar máquinas herramientas muy versátiles y precisas, controladas por ordenadores, que permiten fabricar de forma asequible piezas y componentes con un alto índice de complejidad.
El primer sistema de verdadera producción en serie fue creado por el inventor estadounidense Eli Whitney, quien consiguió
Este nuevo tipo de máquinas actualmente se utiliza en todos los sectores de la producción.
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Introducción a las máquinas herramientas
Bloque 1. Máquinas herramientas
punto -claro está-, la clasificación convencional de aquéllas -torno, fresadora, limadora...- por designaciones y conocimientos más precisos que definan mejor la complejidad de las máquinas herramientas actuales.
Introducción Actualmente el concepto de máquina herramienta es mucho más amplio y especializado que hace unos años. Los procesos cada vez están más automatizados, y esto requiere el contacto directo con nuevas tecnologías, cada vez más complejas y que suponen un fuerte desafío para el profesional mecánico. Por tanto, es evidente que debemos familiarizarnos enseguida con las nuevas máquinas e ir abandonando, hasta cierto
Clasificación Para empezar a tomar referencias, creemos oportuno establecer una primera clasificación -general- de las máquinas herramientas, estructurada en cuatro grandes grupos según el tipo de producción a la que se destinan:
Convencionales.
Adecuadas para la ejecución de mecanizados de tipo general con variadas características. Corresponden a este grupo las conocidas como «clásicas»: torno paralelo, fresadora universal, taladradora de columna, sierra alternativa, limadora o cepillo, etc.
Específicas.
Las destinadas al mecanizado de piezas determinadas o procesos concretos que exigen peculiaridades específicas a la máquina: brochadoras, talladoras de ruedas dentadas (engranajes), fresadora-punteadora, etc. Hoy por hoy, su grado de automatización es alto.
Automáticas.
Utilizadas para el mecanizado de medianas o grandes series de piezas o familias de piezas. Están diseñadas y construidas con un nivel muy elevado de automatización: fresadoras de ciclos, tornos automáticos mono y multihusillos, etc. Con características propias, absoluta y totalmente originales, están las máquinas de control numérico, que hasta no hace mucho estaban consideradas como una variante de este grupo, pero actualmente con un peso muy importante dentro de él.
Especiales.
Proyectadas para el mecanizado de grandes series de un solo tipo de pieza, disponen en la mayoría de las ocasiones de un grado de automatización total: transfer. En la actualidad, puesto que su coste es muy elevado, la tendencia en este tipo de máquinas deriva hacia las células de fabricación flexible, que permiten su aplicación para -prácticamente- todo tipo de piezas.
Y en función del movimiento de corte de las mismas, establecemos la siguiente clasificación:
{
Movimiento de corte rectilíneo
Máquinas herramientas
Movimiento de corte circular
{
De la pieza
De la herramienta
De la pieza
{
Cepilladora o Cepillo de puente
{
Limadora o Cepillo Sierra alternativa Mortajadora Brochadora Talladora de ruedas dentadas
{
Torno Roscadora
{ { De la herramienta
Máquinas para mecanizados especiales
{
Taladradora Sierra circular Roscadora Fresadora Rectificadora Afiladora Mandrinadora Punteadora Talladora de ruedas dentadas Centro de mecanizado Arco de plasma Láser Chorro de agua Electroquímico Ultrasonidos Haz de electrones ...
En esta clasificación aparecen la gran mayoría de tipos de máquinas herramientas que cubren el espectro general del mecanizado.
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Introducción a las máquinas herramientas
Movimiento de corte rectilíneo
casos el de corte lo describe la herramienta y en otros la pieza, siendo la misma aplicación para los auxiliares.
Entendemos por movimiento de corte rectilíneo el que, independientemente de la forma de la herramienta, se produce en una trayectoria recta. Puesto que para que se produzca el arranque de viruta son necesarios al menos dos movimientos: el de corte y el de avance, en unos casos el de corte lo describe la herramienta y en otros la pieza, tal como hemos visto en la clasificación anterior. Así pues, cuando el movimiento de corte lo describe la pieza a mecanizar, los movimientos auxiliares de avance, en uno o varios ejes (simultáneamente, o no), son realizados por la herramienta.
Corte
Avance
De la herramienta (fresadora).
Movimiento de corte
Cepillo puente.
Cuando el movimiento de corte lo describe la herramienta, los movimientos auxiliares de avance, en uno o varios ejes (simultáneamente, o no), son realizados por la pieza.
Movimiento de corte
De la pieza (torno).
Bloque 2. Máquinas herramientas con movimiento de corte rectilíneo Cepilladora (Cepillo de puente) Movimiento de corte en la limadora.
Movimiento de corte circular Entendemos por movimiento de corte circular (o rotativo) el que, independientemente de la forma de la herramienta, se produce en una trayectoria curva, generalmente circular. Al igual que en el movimiento de corte rectilíneo, en unos
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El cepillado es un procedimiento de mecanizado por arranque de viruta en el que el movimiento de corte es rectilíneo alternativo, producido por una herramienta o por la propia pieza. Si es la pieza la que tiene el movimiento de corte, estamos hablando de una cepilladora o cepillo de puente (segunda figura de la página siguiente). Si es la herramienta, estaríamos hablando de una limadora (primera figura de la página siguiente, también denominada cepillo), y si es en posición vertical estaríamos hablando de una mortajadora.
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Introducción a las máquinas herramientas seguir un accionamiento eficaz y poder establecer mayor uniformidad en la aceleración y deceleración de la mesa.
p
Esta limitación de la velocidad suele suponer un inconveniente productivo en el rendimiento de la máquina, lo que determina claramente que esta máquina no es adecuada para piezas pequeñas. rte
co
a
avance corte
penetración
avance
Cepillado de una pieza mediante herramientas montadas en dos cabezales distintos.
El movimiento de corte se divide en dos fases claramente diferenciadas: carrera de trabajo y carrera de retroceso. Durante la carrera de trabajo, la mesa debe acelerarse hasta alcanzar la velocidad de trabajo vt y después frenarse hasta parar. La carrera de retroceso empieza con velocidad inicial 0 hasta llegar a la velocidad vr, que se mantiene hasta el último tramo, donde empieza a frenar hasta parar. vt
Actualmente, los planteamientos productivos (ingeniería del corte, materiales y geometrías a mecanizar, capacidad de proceso, rendimiento...) han llevado a los fabricantes de maquinaria a desarrollar una nueva máquina (aunque es un híbrido de fresadora y cepilladora) que asume en porcentaje muy alto dichos planteamientos. Para este tipo de máquina se ha acuñado la denominación: Fresadora Cepillo - Puente. La funcionalidad de estas máquinas con todo su herramental, así como su precisión, dista bastante de la que en 1817 Richard Roberts fabricó en Inglaterra como primer cepillo puente práctico de uso industrial para planear planchas de hierro, incorporando una guía en V y la otra plana para el desplazamiento de la mesa portapiezas.
t
vr
Para que el tiempo empleado en la carrera de retroceso sea el mínimo, ya que se efectúa en vacío (que durante la misma la herramienta no produce viruta), suele aplicarse vr > vt. Para ello estipulamos: vr = k . vt Evidentemente k no puede tener cualquier valor. La razón es que está limitado por las fuerzas de inercia que producen la aceleración y frenado de las masas (conjunto de la mesa, pieza, etc.). Como punto de referencia suele tomarse k < 3, para con-
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Fresadora Cepillo-Puente.
Los trabajos característicos que se realizan en esta máquina son: planeado de superficies (horizontales, verticales e inclinadas), ranurado en todas sus opciones, fresado, taladrado y mandrinado.
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Introducción a las máquinas herramientas El cabezal de fresar permite inclinar el eje de la fresa hacia cualquier lado de la vertical, así como desplazar el husillo en sentido axial dentro de una camisa (normalmente para taladrado y mandrinado). Todo ello permite excelentes soluciones de mecanizado, puesto que no es necesario cambiar de máquina para el fresado, salvedad muy importante cuando tratamos con piezas voluminosas y/o pesadas.
era una lima a la que se le daba movimiento mecánicamente (vertical alternativo). Esas limas podían ser limas corrientes de ajustador a las que se les preparaba convenientemente los extremos, o bien limas especiales que ya venían adaptadas para la misma máquina. corte
También suele utilizarse un accesorio bastante rentable, sobre todo cuando no se requiere un grado de rectificado muy elevado y una complejidad en las formas. Se trata de un cabezal autónomo de rectificar, que se monta en el carro portaherramientas de la máquina. Cabe aclarar que, siendo máquinas de grandes dimensiones y con el nivel tecnológico actual, podemos encontrarnos con un sinfín de variaciones y acoplamientos puntuales. Dicho de otra manera, este tipo de máquinas prácticamente se construyen a medida.
retroceso
avance
avance
Limadora.
Cabezal de fresar de una Fresadora-Cepillo Puente (ejemplo).
Limadora La necesidad de sustituir el trabajo de cincel y lima, en piezas pequeñas fue la razón que motivó a James Nasmyth en 1836 a diseñar y construir la primera limadora, bautizada con el nombre de “brazo de acero de Nasmyth”. En 1840 Whitworth perfeccionó esta máquina, incorporando un dispositivo automático descendente del carro portaherramientas.
Máquina de limar.
Su uso queda delimitado a superficies pequeñas y medianas, para trabajos de desbaste y medio acabado, con tolerancias medias. No se puede considerar una máquina de precisión, aunque tanto ésta como la calidad del acabado dependen en la mayoría de los casos de la habilidad del operario. Las máquinas de limar, que no se han de confundir con las limadoras, son máquinas que se utilizaban en matricería -ya deben quedar muy pocas- y trabajos afines, cuya herramienta
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Sierra Alternativa/Cinta Cuando se requiere cortar espesores algo mayores, o gran número de piezas -sea con la misma o distinta medida- evidentemente no es operativo hacerlo a mano. Entonces se recurre a la máquina que habitualmente se considera como auxiliar.
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Introducción a las máquinas herramientas Estas máquinas, aunque inicialmente estaban basadas en dos grandes volantes cuyo contorno estaba recubierto con una capa de goma (o corcho) donde se montaba la cinta de sierra, actualmente tienen una tecnología más compleja, no tanto en el sistema de movimiento de la cinta -que se parece mucho al inicial- sino en los sistemas de amarre, avance, presión, etc., ya que habitualmente forman parte de sistemas automatizados de serrado.
Sierra con movimiento alternativo.
Generalmente son cuatro los tipos de máquina utilizados: z z z z
Alternativas (figura superior), de cinta: horizontales y verticales, circulares, especiales (chorro de agua, láser...).
Las máquinas de cortar alternativas utilizan el sistema de un arco de sierra dotado de un movimiento de vaivén generado por un mecanismo de biela-manivela. La pieza, barra, etc. a cortar, se coloca en la bancada -habitualmente pequeñadonde se ha dispuesto una mordaza para la sujeción. La herramienta cortante es una hoja de sierra -parecida a las de serrar a mano- reforzada, de una longitud mínima de 14 pulgadas (355,6 mm) y con distintos pasos: z para corte ligero: 18, 22, 32 dientes por pulgada, z para corte fuerte (pesado): 8, 10, 14 dientes por pulgada. Actualmente las sierras de cinta horizontales están desplazando a las alternativas por varias razones, entre otras: z mayor rendimiento, z trabajar continuamente sobre el material, z ...
Sierras de cinta verticales.
Las sierras de cinta verticales, inicialmente, no se utilizaban para trocear piezas; eran máquinas habitualmente destinadas a trabajos de troquelería. Al igual que la mayoría de máquinas que hasta hace poco se utilizaban en el campo de la matricería y han quedado obsoletas, lo mismo ha pasado con estas sierras de cinta verticales: sus funciones han sido absorbidas por las máquinas de electroerosión por hilo y por las de corte por láser. Pero las destinadas a trocear piezas han conseguido el mismo nivel que las de cinta horizontales.
Mortajadora
Sierra de cinta horizontal.
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La mortajadora, también llamada cepillo vertical, máquina de escoplear o escopleadora, es en realidad una limadora vertical; es decir, una limadora cuyo carro portaherramientas tiene un movimiento rectilíneo alternativo vertical, mientras que la pieza, sujeta a una mesa circular, efectúa los movimientos de avance y penetración.
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Introducción a las máquinas herramientas
Brochadora La denominación de esta máquina proviene del útil que utiliza: brocha (del inglés broach).
Tal como podemos ver en la figura de arriba, la brocha es una herramienta rectilínea de múltiples filos y con la sección igual a la sección final de la pieza que se mecaniza. El brochado consiste en pasar la brocha, normalmente en una sola pasada, mediante el avance continuo de la misma. Ésta retrocede a su punto de partida después de completar su recorrido. La brocha trabaja por arranque progresivo del material. Esto se consigue a través del escalonamiento racional de los dientes, determinado por la forma cónica de la herramienta.
Una de las diferencias de la mortajadora en relación con la limadora normal, es la posición de la herramienta, que trabaja en sentido longitudinal en vez de trabajar en sentido transversal al eje de la cuchilla. Los trabajos característicos de la mortajadora son: el ranurado exterior y especialmente interior (fabricación de chaveteros en cubos de ruedas dentadas, poleas...) realización de agujeros de diversas secciones (cuadrada, hexagonal, triangular, etc.), dentados interiores...
Tal como podemos ver en los esquemas de las figuras superiores, el movimiento de corte lo produce la brocha al avanzar, mientras que la pieza está fijada. Por tanto, no existe movimiento de avance y la profundidad de pasada la proporciona la herramienta. Las brochadoras pueden ser horizontales y verticales, según la forma de trabajar de la brocha. Habitualmente el brochado es interior, aunque también existen brochadoras y accesorios para brochado exterior.
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Introducción a las máquinas herramientas z con herramienta de forma, cabeza do
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cu ía gu tera n a l de
z por reproducción (con plantilla): − con herramienta móvil y pieza fija, − con herramienta fija y pieza móvil. z por generación: − con útil cremallera, − con útil piñón.
A su vez pueden trabajar a tracción (A) -la más habitual en horizontal- y a compresión (B).
Las máquinas talladoras de ruedas dentadas que se presentan en este apartado, corresponden a las denominadas «por generación». Los sistemas utilizados actualmente para el tallado de ruedas dentadas cilíndricas por generación son: z por cremallera: − sistema «Maag», − sistema «Sunderland». z piñón mortajador: − sistema «Fellows».
Éstas son algunas de las formas B que habitualmente se A obtienen en procesos de brochado interior:
Para el tallado de ruedas dentadas cónicas de diente recto por cepillado con generación son:
Talladora de ruedas dentadas Una primera clasificación (cabe recordar que estamos en máquinas herramientas con movimiento de corte rectilíneo) podemos establecerla como sigue:
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z con una herramienta: − sistema «Bilgram» z con dos herramientas: − sistema «Gleason» − sistema «Heidenreich» − sistema «Harbeck»
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La mesa de la máquina es la que realiza el movimiento de generación, esto es, la rueda gira sobre la cremallera como si engranara con ella, lo que conlleva también un desplazamiento en dirección transversal. Estos movimientos (rectilíneo -desplazamiento- y circular -rodadura-) se regulan por los sistemas cinemáticos de avances y velocidades. fase de avance
fase de retroceso
Máquinas sistema Maag La herramienta es una cremallera y cada diente hace el papel de una cuchilla de mortajadora (movimiento vertical alternativo). Este movimiento es paralelo a las generatrices del diente y corta el material en la carrera de descenso. En el retroceso (subida) tiene un ligero desplazamiento para evitar rozamientos que pudieran perjudicar las aristas de corte. La pieza se encuentra sujeta en un eje de centrado (mandrino, centrador...) que a su vez está centrado sobre la mesa de la máquina.
Debido a que el número de dientes de la herramienta es limitado, y siempre inferior al número de dientes de la rueda a tallar, se requiere conducir de nuevo la rueda a su posición de salida respecto a la herramienta.
Cremalleras para máquinas sistema Maag.
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Introducción a las máquinas herramientas Para conseguirlo, una vez que han actuado todos los dientes de la herramienta, se desplaza la mesa sólo longitudinalmente sin que se produzca ningún giro.
En el siguiente esquema podemos ver el proceso que sigue una máquina del tipo Sunderland: z Fase de avance (trabajo):
A este retroceso de la pieza sigue un pequeño movimiento circular en ambos sentidos con el fin de compensar el juego de los órganos de mando de la mesa.
Para el desbaste es necesario que la rueda penetre lateralmente. Para el acabado, el perfil del diente puede entrar radialmente. Para el tallado de dientes helicoidales, en algunos casos se podrá realizar con una herramienta normal inclinando la corredera portaherramientas el valor del ángulo de la hélice de la rueda que se pretende construir. Sin embargo, no siempre es posible hacerlo, y en esos casos se requiere de cremalleras con el diente inclinado. También suele utilizarse este último tipo de cremalleras cuando la producción es grande.
profundidad diente 1
2
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5
4
3 paso
Después de regular la profundidad, la rueda penetra lateralmente en el dentado de la herramienta, y a partir de aquí se inician los movimientos automáticos de generación y de avance que regulan el trabajo del engranaje y la pasada de la máquina.
1. Posición de partida.
paso
2. La herramienta penetra hasta alcanzar la profundidad del diente. 3. Empieza el giro (rodadura) de la pieza por desplazamiento de la herramienta. z Fase de retroceso: 4 y 5. Retroceso de la cremallera a su posición inicial. En la posición 6 se inicia la repetición del ciclo.
Máquinas sistema Fellows
Máquinas sistema Sunderland Para evitar el tiempo muerto que supone el retroceso de la cremallera, o bien de la pieza hasta la posición de partida, en el procedimiento de tallado con útil cremallera y, a la vez, simplificar los mecanismos de las máquinas que tallan por dicho sistema, se puso a punto el sistema Fellows, donde el útil cremallera se sustituye por un útil piñón. Este piñón equivale funcionalmente a la herramienta de cremallera, puesto que ésta no deja de ser «un piñón dentado de radio primitivo infinito», o si se prefiere, el piñón «una cremallera de radio primitivo finito». El principio en que se basa el sistema Fellows es el siguiente:
Es un sistema parecido al «Maag» pero con algunas diferencias. La más importante es el movimiento de la cremallera que, además de vertical es transversal, mientras que la pieza se limita a girar sobre su eje.
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Considerando que dos ruedas dentadas del mismo módulo y con el mismo perfil, siempre engranarán entre sí cualquiera que sea su número de dientes; si una de estas ruedas tiene los dientes cortantes y la otra está todavía sin tallar y ambas se mueven a la misma velocidad tangencial, realizando los movimientos de corte oportunos, se obtendrá la generación de los dientes en la pieza (rueda a tallar).
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piñón mortajador
El tallado (dentado) puede realizarse con una sola pasada o, si las dimensiones del diente y el acabado estipulado lo requieren, en varias. En el primer caso la herramienta va entrando hasta lograr el contacto de los círculos primitivos, y termina su trabajo cuando la rueda ha completado una vuelta; en el segundo, el acercamiento es progresivo, controlado por una leva, y la rueda tiene que completar varias vueltas.
rueda a tallar
Tallado helicoidal. Piñones talladores.
El piñón mortajador tiene un movimiento vertical alternativo (B) y otro de rotación alrededor de su eje (A). La rueda a tallar gira también sobre su eje, en sentido contrario al piñón y, en algunas formas constructivas, se mueve linealmente contra éste, para conseguir la penetración de los dientes cortantes. En el punto muerto inferior (después del corte) la mesa retrocede un poco para que durante el retroceso, las aristas cortantes del piñón mortajador no rocen con las superficies y aceleren el desgaste.
Para el tallado de ruedas helicoidales, el piñón tiene, además del alternativo, un movimiento helicoidal complementario que se suma al movimiento de rotación, aunque la dirección del avance permanece paralela al eje de la pieza. En este caso, la herramienta debe tener los dientes inclinados con un ángulo y un paso igual al de la rueda a tallar.
Salida mínima.
Con este sistema es posible efectuar sin dificultad dentados interiores rectos y helicoidales, así como dentados con salida mínima de difícil ejecución -casi imposible- con otros sistemas. Es importante considerar la versatilidad de formas del piñón mortajador, lo que facilita el mecanizado de otros perfiles de diente diferentes al de evolvente.
Tallado de ruedas dentadas cónicas de diente recto por cepillado con generación Antes de entrar en la descripción de estas máquinas creemos necesario establecer unas generalidades sobre el dentado de ruedas cónicas de diente recto: 1. Los dientes cónicos rectos presentan notables diferencias con los dientes rectos en ruedas cilíndricas. En los
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Introducción a las máquinas herramientas primeros, las secciones normales varían progresivamente y se hacen más pequeñas a medida que disminuye la distancia al vértice del cono teórico formado por las generatrices primitivas de la rueda dentada; en los segundos, la sección normal permanece constante a lo largo de toda la anchura del diente. 2. El procedimiento de dentado se basa en el movimiento de rodadura de la pieza conjugado con el desplazamiento lineal de una herramienta que describe generatrices convergentes en el vértice teórico del cono. Esta última, en su movimiento, va tallando el perfil correspondiente al diente de una rueda plana imaginaria o, si se prefiere, al diente de una rueda cónica cuyo ángulo en el vértice es de 180º. 3. Hay que distinguir el dentado de ruedas cónicas de dientes rectos del de las cónicas de dientes espirales. Para el tallado de las primeras existen, entre otros, los sistemas que describiremos a continuación; para el tallado de las segundas, los sistemas más extendidos son el «Gleason», el «Oerlikon» y el «Klingelnberg», que se verán en el bloque 3: Máquinas herramientas con movimiento de corte rotativo.
Dentado cónico recto.
Dentado cónico espiral.
Máquinas sistema Bilgram La herramienta tiene un movimiento alternativo de cepillado y la pieza realiza los movimientos necesarios para generar el perfil del diente. La pieza P va montada sobre un eje X; en el lado opuesto hay un cono de rodadura C que gira sobre un plano ß que simboliza la rueda plato o rueda imaginaria. El eje X oscila alrededor de O que es el vértice común de los conos primitivos de la pieza P y del cono de rodadura C. Hay que decir que éste gira sin deslizamiento por la acción de unas cintas de acero A fijadas al plano ß y al propio cono. El divisor que lleva incorporado la máquina, permite que la rueda gire un paso cuando la herramienta se encuentra en la posición más atrasada. El tallado de los dientes se efectúa en tres fases: 1. Desbaste: se abren todos los huecos entredientes. 2. Acabado: de un flanco de todos los dientes. 3. Acabado: del flanco opuesto.
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Máquinas sistemas Gleason, Heidenreich y Harbeck También (como el sistema Bilgram) son procedimientos de tallado por generación aunque presentan notables diferencias en su concepción. C
C H
H
Z X
O P Y
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Introducción a las máquinas herramientas En la última figura de la página anterior podemos apreciar los dos portacuchillas H que se deslizan alternativamente sobre guías independientes situadas en un plato C solidario a una corona de visinfín que gira sobre el eje X. La rueda a tallar P está montada sobre el eje Y que corta a X en el punto O. El giro de la corona de visinfín y la rueda P están sincronizados por una cadena cinemática. El eje Y es orientable para situarlo de acuerdo con el ángulo del cono primitivo.
Torno El torno es una de las máquinas más antiguas e importante. Con ella podemos conseguir multitud de formas, ya sean como propias y finales, o como previas de otras que finalizarán en otra máquina (por ejemplo en la fresadora).
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Bloque 3. Máquinas herramientas con movimiento de corte rotativo
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En el sistema Gleason, el desbaste de cada entrediente se realiza sin generación, con los dos portacuchillas en los que se hallan montadas 4 cuchillas: las numeradas 1 actúan sobre la profundidad, las numeradas 2 sobre los flancos.
Básicamente, cualquier torno -del tipo que sea- hace girar el bloque de material que se ha de transformar en pieza y mediante una herramienta fijada en su dispositivo, que desplazaremos en los dos ejes (X / Z) en ambas direcciones (+ / -) le vamos a dar las formas deseadas. Formas que, en cualquier caso -y a pesar de la variedad posible- siempre son superficies de revolución.
En las máquinas de los sistemas Heidenreich y Harbeck, se utilizan herramientas escalonadas que realizan el desbaste en dos posiciones.
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Torno paralelo (o cilíndrico) (Cortesía de Sidenor S.A. – Reinosa). 4
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En el acabado de estos dentados se conjugan los movimientos de las herramientas y la rueda -generación-. En el sistema Gleason se acercan las herramientas a la rueda, y en el sistema Heidenreich la rueda a las herramientas.
Una primera clasificación de los distintos tipos de tornos que nos podemos encontrar en la industria actual -aproximada, para no faltar a la verdad- es la siguiente: z Torno paralelo (también denominado: cilíndrico, de cilindrar y roscar...). z Torno copiador. z Torno al aire. z Torno vertical. z Torno de doble cabezal.
w
z Torno fresador (híbrido de torno y fresadora).
a
herramienta
z Torno revólver. z Torno automático (mecánico).
L herramienta
a w
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z Torno barrena.
}
En desuso, aunque todavía quedan algunos en funcionamiento, especialmente los automáticos multihusillos. Sus particularidades han sido absorbidas por los sistemas de Control Numérico.
z Diseños especiales. En esta primera clasificación no hemos hecho referencia a los tornos CNC (de Control Numérico) porque la mayoría de los relacionados en ella, hoy en día están controlados por este sistema. Por tanto, entendemos que referirnos a un tipo de torno como propio de CNC es falsear la realidad; aunque
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Introducción a las máquinas herramientas habitualmente se utiliza esta denominación para referirse a tornos paralelos -de bancada horizontal o inclinada- gobernados mediante este sistema. De todas formas, haremos una referencia a ellos, sobre todo para ver algunas características diferenciadoras en el diseño del órgano portaherramientas (en el argot se le denomina torreta).
Torno paralelo
De su robustez y de la precisión con la que estén mecanizadas sus guías, depende en gran medida el rendimiento de la máquina. En la parte superior están mecanizadas las guías para el desplazamiento del carro principal y las destinadas al desplazamiento del contracabezal. Estas guías están endurecidas por un tratamiento de templado, y rectificadas. Para evitar deformaciones de las guías y reforzar el conjunto, las bancadas suelen estar reforzadas por nervios, debajo de los cuales -según los modelos- se monta una bandeja para recoger el líquido refrigerante y las virutas generadas en el proceso de mecanizado.
El torno paralelo es el tipo más elemental de los conocidos, aunque de él obtienen las bases el resto. Los trabajos característicos que se realizan en él son: z z z z z z z z z
cilindrado, refrentado, mandrinado, torneado cónico, roscado, taladrado, ranurado, moleteado, otros como: rectificado, fresado, etc. con acoplamientos especiales. Cabezal fijo Carros
Contracabezal
Bancada Husillos
Las partes principales que componen estas máquinas y donde se montan los mecanismos y sistemas de transmisión de movimiento, control de posicionamiento, alojamientos de herramientas, apoyo y sujeción de piezas a mecanizar, etc. son: z z z z
Guías carro principal
Guías contracabezal
Nervio
Muchos fabricantes de máquinas herramientas fundían sus bancadas y, para estabilizar el material, las dejaban a la intemperie durante un período de un año o más, para después poder mecanizarlas. Actualmente se envejecen en hornos especiales mediante una serie de ciclos térmicos de calentamientoenfriamiento. En algunos modelos, la bancada muestra un «escote» junto al cabezal fijo. La utilidad de este escote es la de poder tornear piezas de diámetros mayores a los permitidos por la distancia del eje principal a la parte superior de las guías y a la parte superior del carro transversal. Es evidente que la longitud de estas piezas a mecanizar gracias al escote -al menos la parte del diámetro mayor que entra en él- debe ser menor que la del mismo. Sección extraíble
bancada, cabezal fijo, carros, contracabezal (también denominado contrapunta, cabezal móvil...).
Escote
Bancada La bancada, al igual que en todas las máquinas herramientas, al servir de soporte del resto de los elementos que sirven para desarrollar los distintos trabajos es la parte más recia. Generalmente el material con el que se construye es de fundición y/o fundición de acero, de una o varias piezas -en los tornos de pequeña envergadura suelen ser de una sola-.
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Cabezal fijo Habitualmente está compuesto de una caja de fundición montada sobre el extremo izquierdo de la bancada. En algunos casos -actualmente excepcionales- se funde el cabezal con la bancada.
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Introducción a las máquinas herramientas En el cabezal se monta el eje principal en cuyo extremo se incorporan los órganos de sujeción de la pieza a mecanizar (plato de garras, de arrastre...). Este eje es el que transmite el movimiento a la pieza, recibido desde el motor y modificada la velocidad de giro mediante la combinación de engranajes de la caja de velocidades. También en el cabezal, o junto a él, se monta otra caja denominada de avances -en el argot, pero ya en desuso «caja Norton»- mediante la cual, a través de otras cadenas cinemáticas se transmite el movimiento -sincronizado con el eje principal- a los husillos de cilindrar y/o roscar. Caja de velocidades Plato de garras
En su parte delantera (también denominada delantal), están montados los mecanismos para realizar los movimientos de avance en los ejes Z y/o X, tanto manual como automáticamente. El carro transversal se desliza transversalmente al eje de torno a través de las guías en forma de cola de milano mecanizadas en el carro principal. En la parte superior de este carro encontramos un limbo graduado que sirve de referencia para el carro orientable. Mediante este carro podemos establecer la profundidad de pasada, refrentar, etc. Su accionamiento puede ser manual o automático. El carro orientable se desliza sobre unas guías -también en forma de cola de milano- mecanizadas en la parte superior de una base redonda, que a su vez está montada en la parte superior del carro transversal, en la zona donde se encuentra el limbo graduado. Esta base redonda también lleva una graduación para que, combinando con la que se encuentra en el carro transversal, podamos establecer el desplazamiento angular necesario para el mecanizado de conos, chaflanes, etc. Esta base se fija en el carro transversal mediante elementos de sujeción adecuados -habitualmente tornillos y tuercas-.
Guías carro principal Caja de avances y roscado
Carros El conjunto de carros de un torno está compuesto básicamente por: z carro principal o de bancada, z carro transversal, z carro orientable (también denominado «charriot»). El carro principal se desliza sobre las guías de la bancada, y a su vez, sirve de base soporte de los otros dos.
Torreta portaherramientas
Carro orientable Cremallera
Carro principal
Carro transversal
Delantal
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La fijación y reglaje de las herramientas varía según los sistemas. Existen varios tipos, pero lo más habitual es encontrarse con la clásica torreta cuadrada, o con la del tipo GoodChap (figura superior) en cualquiera de sus modalidades. La ventaja de esta torreta es que mediante un espárrago regulamos la altura de la punta de la herramienta, sin tener que estar suplementando con chapas de distintos espesores hasta conseguir el reglaje correcto -en el caso de la torreta clásica-.
Husillo de roscar Husillo de cilindrar/refrentar
Disposición de la torreta portaherramientas (Vista superior)
En la parte superior del carro orientable se acopla el dispositivo portaherramientas («torreta») donde lógicamente se montan las herramientas adecuadas para cada tipo de operación a realizar. Esta torreta puede tener diversas formas (cuadrada, hexagonal...), sistemas de anclaje (tornillo, excéntrica...), posicionamiento y cambio rápido, etc.
Contracabezal El contracabezal (contrapunta, cabezal móvil...) se sitúa en el lado opuesto del cabezal fijo, o sea en la otra punta de la bancada, asentado sobre las guías mecanizadas para él por las que se puede deslizar para poder posicionarse en cualquier
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Introducción a las máquinas herramientas lugar de la bancada, manteniendo la alineación con el eje principal.
Torno al aire
El material del que está construido habitualmente es fundición, y se compone de dos elementos principales:
Los tornos al aire son una adaptación del torno paralelo para el torneado de piezas de diámetros grandes y poca longitud.
z base, z cuerpo. Guías
Contracabezal
Contrapunto
Eje contracabezal
La base es el soporte donde se monta el cuerpo y donde están mecanizados los encajes para poder desplazarse por las guías de la bancada. En esta base está el sistema de alineación con el eje principal y parte del dispositivo de fijación a la bancada.
Su bancada es muy baja -prácticamente a nivel del suelo-, el plato de grandes dimensiones y sistemas de garras individuales, los carros suelen tener características particulares, por ejemplo: la motorización individual, doble conjunto de carros, etc. El contracabezal se utiliza en ocasiones muy concretas, por lo que es habitual ver este tipo de máquinas sin él. También es habitual verlos con escote, claro está que este escote está realizado en el suelo. Por esta razón, la mayoría de estos tornos requieren de una cimentación especial. En casos excepcionales, y para el torneado de grandes ejes, se acopla un cabezal móvil e independiente. En este caso también se requiere de cimentación especial.
Torno vertical Contrapuntos giratorios.
El otro elemento, el cuerpo, está situado encima de la base, suele ser de forma alargada y monta un dispositivo -alineado con el eje principal- compuesto por un eje tubular (también denominado «caña del contrapunto»), que mediante un husillo roscado se desplaza para que, montando un utillaje denominado contrapunto -fijo o giratorio- sirve de apoyo para las piezas a mecanizar cuya longitud lo requiera. También se utiliza para operaciones de taladrado. Se sustituye el contrapunto por un portabrocas, o brocas directamente -con acoplamiento cono morse- y se realiza el taladrado.
Los tornos verticales, tal como se deduce, son máquinas en las que se hace girar la pieza en un eje vertical, cambiando la disposición horizontal del torno paralelo. Estos tornos, tal como podemos ver en la imagen primera de la página siguiente, están pensados para el mecanizado de grandes diámetros en formas regulares o no, y con más longitud (altura) que en los tornos al aire y prácticamente imposibles de mecanizar en tornos paralelos. Tienen el plato en posición horizontal y a poca altura del suelo, gracias a ello, la carga y descarga de piezas se produce con más facilidad. En la sujeción de las piezas, tiene la ventaja del peso de la misma, y ello favorece el asiento sobre el plato. Por ésta y otras razones, el plato es proporcionalmente grande y siempre robusto. En el esquema de la página siguiente podemos ver las partes principales de un torno vertical: bancada con su plato, montante/s, brazo (puente móvil, porta carros...) y carro portaherramientas.
Portabrocas.
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La base de la máquina está formada por la bancada que es el alojamiento de los mecanismos de accionamiento y el eje vertical que incorpora el plato. Algunos modelos permiten el desplazamiento del plato sobre las guías de la bancada para variar el diámetro a tornear, otros son fijos.
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Introducción a las máquinas herramientas También en estas máquinas pasa lo mismo que en las fresadoras-cepillo puente: su equipamiento e instrumentación es variado y específicamente diseñado para cada una. La herramienta, que montada sobre torreta sencilla o múltiple (en cualquiera de sus variedades), habitualmente se mueve en dos ejes (en ambas direcciones según se trate de mecanizado exterior o interior): horizontal para dar la profundidad de pasada y vertical para el movimiento de avance. En estos tornos se pueden realizar los mismos tipos de mecanizado que en los paralelos: torneado cilíndrico, cónico, mecanizado de roscas..., y actualmente la mayoría funcionan con CNC.
Torno de doble cabezal
Cortesía de Sidenor S.A. – Reinosa.
Este tipo de torno suele tener dimensiones considerables y aplicaciones muy determinadas. Su equipamiento e instrumentación es especial y con un alto grado de precisión. En las imágenes siguientes vemos el mecanizado de un gran cigüeñal de motor marino.
Los montantes -que pueden ser uno o dos- en forma de columna que arrancan de la base (en el caso de ser dos, se unen en la parte superior mediante un travesaño conocido como frontón, para asegurar la rigidez), son el soporte y, a su vez guía del brazo, por donde se desplaza el carro portaherramientas. El carro portaherramientas va montado en el brazo. Si el diámetro del plato es menor de 2.000 mm, habitualmente el torno suele montar un solo carro en el puente y otro en el montante.
Montante Carro portaherramientas
Brazo
Profundidad de pasada
Plato
Bancada
Torno de doble cabezal (Cortesía de Sidenor S.A. – Reinosa).
Torno fresador Ésta es una «máquina de diseño». Su principal característica es que puede trabajar como torno y como fresadora. En ella se han fusionado los conocimientos y experiencia en el
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Introducción a las máquinas herramientas mecanizado en ambas máquinas, especialmente en el utillaje utilizado en los tornos paralelos -antiguamente- para realizar operaciones de fresado: ranuras de forma, planeados, chaveteros, divisiones angulares, etc., pero con la tecnología actual.
Este modelo de torno en concreto es una evolución de un torno copiador mecánico de plantillas al que se ha adaptado y configurado un sistema de Control Numérico.
Cortesía de Sidenor S.A. – Reinosa.
Torno copiador El torno copiador -la denominación correcta sería torno con copiador- habitualmente es un torno paralelo convencional equipado con un dispositivo que puede ser del tipo:
En la figura inferior podemos observar el detalle de una operación de fresado de un chavetero. Por la forma constructiva de esta máquina, en los procesos de fresado, el desplazamiento de la herramienta se hace a través de la columna en todos los ejes (igual que en las mandrinadoras de columna móvil que veremos más adelante).
z z z z
tensión elástica, transmisión eléctrica, transmisión hidráulica, transmisión electrónica-hidráulica.
que produce a la herramienta los desplazamientos resultantes del palpado sobre una plantilla dispuesta a tal efecto. Esta plantilla puede ser una pieza entera, o una pletina con el perfil correspondiente. Los sistemas más utilizados son el de transmisión hidráulica y el mixto de transmisión electrónica-hidráulica. 10 11 9 8
2 3 4
5
6 7
Cortesía de Sidenor S.A. – Reinosa.
En la siguiente figura podemos observar otro tipo de torno fresador, donde la elaboración de las superficies cilíndricas de los cigüeñales se consigue mediante la combinación del movimiento del cabezal y el corte de una fresa de disco de diámetro 1.500 mm. En este caso, la herramienta es una fresa de disco de múltiples dientes -plaquitas de metal duro intercambiables y, a su vez, escalonadas-. A diferencia del modelo descrito anteriormente, en éste no existe almacén de herramientas para su cambio automático, puesto que aquí la herramienta es única y fija.
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1
Esquema de un dispositivo hidráulico montado en un torno VDF - Hydrokop.
En el esquema del dispositivo anterior podemos distinguir: 1. Depósito. 2. Conjunto de válvulas de descarga. 3 y 4. Bomba doble de engranajes.
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Introducción a las máquinas herramientas 5. Motor eléctrico de accionamiento de la bomba. 6. Torreta portaherramientas. 7. Cilindro hidráulico (móvil). 8. Distribuidor del palpador. 9. Plantilla. 10. Extremo del palpador. 11. Palanca del palpador.
Su diseño y construcción están basados en una bancada de torno paralelo donde se monta un cabezal para el amarre y giro de la pieza a taladrar, un segundo cabezal que es el encargado de mover la barrena -dispuesto en la otra punta de la bancada-, y una serie de soportes, tanto para la pieza como para la barrena, distribuidos a lo largo de dicha bancada.
Cortesía de Sidenor S.A. – Reinosa.
Uno de los soportes es el centrador del eje de la barrena (señalado en la figura) justo antes de tener el contacto con la pieza.
Este otro esquema corresponde a un torno «Dubied».
En la figura de abajo podemos observar una pieza mecanizada mediante un dispositivo copiador montado en un torno paralelo.
2ª operación
73,5
En el extremo de la barra porta-barrenas se montan las cabezas de corte (también denominadas barrenas) que adoptan distintas formas, según el tipo de barrenado que se requiera.
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73,5
1ª operación
El cabezal porta-barrena gira en sentido contrario al de la pieza, y a través de los mecanismos adecuados va avanzando para ir penetrando en la pieza con los parámetros de mecanizado adecuados.
Herramienta montada en el portaherramientas anterior para mecanizar la ranura
Torno barrena El «torno barrena» es una máquina preparada para unos trabajos muy determinados, aunque la función básica -y prácticamente única- es la de taladrado o barrenado.
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Introducción a las máquinas herramientas Se empezó a construir en USA en 1860 diseñada por Jones&Swasey. La principal característica de esta máquina es el conjunto portaherramientas giratorio tipo «revólver» que se encuentra montado sobre un carro posterior situado en la zona del contracabezal. La denominación «revólver» se debe a dos cuestiones: z Habitualmente presenta una disposición para el montaje de 6 herramientas (la misma cantidad de alojamientos que tiene el tambor de un revólver), aunque existen disposiciones para 8 herramientas (12 herramientas en casos excepcionales). z El accionamiento para el cambio de posición se realiza con un mecanismo que tiene el mismo principio que el del revólver y, además, cuando salta (se dispara) emite un sonido muy parecido al percutor del arma.
En las tres imágenes anteriores podemos ver distintas formas constructivas de las cabezas de corte, según el tipo de perforado a realizar. Esta máquina, aunque existen de diversas medidas, habitualmente la encontraremos en industrias de mecanizado pesado y de grandes dimensiones. Las piezas que habitualmente se taladran en ella son: ejes y semiejes (o intermedios) de grandes barcos, cañones, camisas o guías...
Torno revólver Esta máquina desempeñó un papel muy importante -y todavía en algunos sectores- en la industria de fabricación mecánica para la producción de series medianas.
Torre revólver
En las figuras superiores podemos observar la disposición de herramientas en una torre revólver, preparadas para el mecanizado de distintos tipos de piezas. Las operaciones que se realizan en el torno revólver, además de las preparadas en la torre, se complementan con portaherramientas de movimiento transversal y longitudinal. El sistema de fijación y desbloqueo de la pieza varía según sea pieza unitaria en bruto o barra.
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Introducción a las máquinas herramientas Los principales elementos que componen un torno revólver son: 21
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22
23
1 2
3
5 4
6 7
19 15
18 17 16
8 12
El alma de estas máquinas está en el árbol de levas, donde están montadas las levas que accionan los mecanismos necesarios para que las herramientas encargadas de ejecutar las operaciones correspondientes lo hagan sincronizadas y en los momentos adecuados. Estas operaciones comprenden desde la apertura y cierre del elemento de sujeción, el avance de la barra hasta el punto determinado, las operaciones de mecanizado acordes con la geometría deseada, hasta el tronzado de la pieza terminada y reinicio del ciclo.
9
11
Una primera clasificación de estas máquinas quedaría así: 10
z Monohusillos
14 13
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23.
Dispositivo de apriete por pinza. Barra guía de apoyo. Torreta cuadrada (transversal/longitudinal). Bloqueo torre revólver. Torre revólver. Palanca desbloqueo torre revólver. Topes carro longitudinal. Palanca accionamiento automático carro longitudinal. Volante movimiento manual carro longitudinal. Volante para el avance transversal. Volante de avance del carro transversal. Palanca de embrague. Interruptores motor y bomba refrigeración. Caja de velocidades. Palanca cambio de marchas. Palanca accionamiento embrague. Palanca bloqueo tensor. Palanca tensor correas. Contrapesos para el empuje de la barra. Portabarras. Palanca bloqueo portabarras. Conmutador de polos del motor. Palanca inversor motor.
Como en casi todos los tipos de máquinas, también en esta existen diversas formas constructivas que varían según la disposición del eje principal: horizontal o vertical; según la posición de la torreta: con eje paralelo, inclinado, etc.
{
Cabezal fijo. Cabezal móvil.
z Multihusillos.
Esquema torno Miyano ABX-42/51 TH, con doble cabezal y triple torreta - Cortesía Egasca, S.A.
En el esquema se puede observar un torno con doble cabezal y triple torreta. El cabezal 1 sólo tiene movimiento en el eje C, por lo que sólo gira; por tanto es fijo. El cabezal 2, además de movimiento en el eje C, dispone de él en el eje Z (desplazamiento longitudinal), por tanto, es un cabezal móvil.
Torno automático (mecánico) Los tornos automáticos de levas para el mecanizado de piezas -a partir de barra- son máquinas que, aunque hoy existen tornos más automatizados, siguen teniendo su sitio en las industrias de fabricación mecánica por su excelente rendimiento.
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Introducción a las máquinas herramientas Luneta
Los tornos automáticos de cabezal móvil tienen su principal aplicación en la fabricación de piezas delgadas y largas, gracias a la corta distancia existente entre la luneta o cojinete de apoyo de la pieza y la herramienta. En la última figura de la página anterior podemos observar el detalle de la disposición de herramientas en un torno automático de cabezal fijo. En la figura inferior podemos observar el detalle del accionamiento de un carro portaherramientas por palanca articulada, correspondiente a una máquina de cabezal fijo.
Suelen ser de 4, 6, 8 y hasta 12 husillos. Para hacernos una idea general, observaremos la imagen anterior -es de un tipo de torno de 8 husillos- y veremos la distribución de éstos. El giro del tambor portahusillos lo controla el árbol de mando mediante un mecanismo, habitualmente de cruz de Malta. El mando de las herramientas tanto longitudinales como transversales y verticales está al cargo de varios árboles de levas.
Torno CNC Los tornos llamados «de control numérico» (CNC) básicamente tienen la misma estructura que los tornos paralelos convencionales, pero con ciertas adaptaciones y modificaciones, adecuadas a los requerimientos de las funciones del CNC.
Torno Géminis equipado con CNC de Fagor 8050TC.
El Control Numérico es un sistema diseñado y construido para automatizar y controlar todas las acciones de la máquina, sea torno, fresadora, mandrinadora, etc.
Torno automático multihusillos En los tornos automáticos monohusillos, las herramientas actúan de forma sucesiva y sincronizada, y, después de realizar su función, permanecen estacionarias hasta el siguiente ciclo.
Los tornos multihusillos se diseñaron y construyeron para eliminar -en la medida de lo posible- los tiempos muertos de las herramientas. Para ello se hace actuar a la vez a todas las herramientas sobre todas las barras, de manera que, cuando terminan en una posición, enlazan con la siguiente. Así que cuando la máquina está funcionando totalmente, se obtiene una pieza acabada por cada husillo o estación.
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Generalmente, con un CNC podemos controlar: z los movimientos de los carros y del cabezal, z valores y sentidos de las velocidades de avance y de corte, z cambios de herramientas (posiciones de la torreta), z cambios de pieza,
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Introducción a las máquinas herramientas z estados de funcionamientos: fallos de amarre (presión, etc.), parámetros fuera de rango... z otras condiciones: refrigerante (activado o no), frenos, etc.
torretas, herramientas motorizadas, posicionadores, etc. Y además otras equipadas con semicontroles, otras sólo con visualizadores de cotas, etc.
Por todo ello, es fácil entender el cambio de forma y estructura del órgano portaherramientas, del sistema de amarre y centraje de éstas, así como del órgano de sujeción, de los motores y husillos encargados de los movimientos de los carros.
Por tanto, es importante distinguir un visualizador de cotas, que aunque presente una forma parecida a un CNC no tiene mucho que ver con un semicontrol o un Control Numérico. Su función básica, aunque incorpore otras, es la de presentar las coordenadas de los ejes con relación a los puntos de referencia que se hayan establecido. Los semicontroles adoptan distintas variedades, dependiendo de la máquina donde se monten, de la producción a realizar, etc.
Taladradora Seguramente, uno de los primeros artilugios mecánicos desarrollados en la prehistoria fuera una taladradora para hacer agujeros en algunos materiales.
En la figura superior podemos observar el detalle constructivo de un husillo a bolas (bolas circulantes, con tuerca de reglaje). Este tipo de husillos son los encargados de trasmitir los movimientos de los motores de avance de los carros sin riesgo de transferir holguras, y en caso de aparecer, tienen la posibilidad de ajustarse de nuevo. Debido a su estructura reducen al mínimo los esfuerzos para el desplazamiento, lo que junto a la facilidad de deslizamiento de los carros sobre sus guías, favorece la precisión, capacidad de arranque del material y suavidad durante el mecanizado, evitando vibraciones y deformaciones innecesarias. Es importante aclarar que también existen modelos de máquinas equipados con opciones totalmente diversas: platos,
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Taladradora movida por rueda hidráulica (Salomón de Caus).
En el principio de una herramienta girando, o sea, generando una superficie de revolución interior en materiales diversos, es sobre el que se basan todas las taladradoras. A esta herramienta se le denomina broca, que puede adoptar diversas formas constructivas según los requerimientos. Podemos establecer una clasificación general de los tipos de taladradoras -exceptuando particularidades- como sigue:
Avance
Broca
Corte
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0
Introducción a las máquinas herramientas
Fijas normales
Portátiles
Especiales
{ {
{
Sobremesa Columna Radiales Manuales Eléctricas Neumáticas
Múltiples
{ { { {
Redonda Prismática
Con base magnética Sin base magnética Cabezal múltiple Batería Columna
Revólver Horizontales
Otras máquinas Fresador Disposiciones a medida
Ménsula
Elementos de una taladradora Como base de partida, todas las taladradoras fijas normales deben estar compuestas de: z Una bancada o soporte general compuesto de base y columna. z Un soporte o dispositivo para fijar la pieza a taladrar. z Mecanismos para obtener distintos números de vueltas para la broca, según las necesidades. z Mecanismos para obtener con relativa facilidad el avance de la broca contra la pieza.
Cuando, antiguamente las taladradoras no incorporaban sistemas de avance automático del husillo, o sea que el avance se realizaba manualmente, el operario «sentía» cómo estaba cortando la broca y controlaba la presión de avance hacia abajo de acuerdo con la sensación. De ello se acuñó la denominación de «taladros sensibles» o «taladros sensitivos», actualmente en desuso, pero que todavía podemos encontrarnos con ella en algunos lugares. correa
z Dispositivos para la fácil y eficaz sujeción de la broca. En el esquema superior podemos observar una taladradora de columna redonda que cumple con estos requisitos: 1. Bancada o base de apoyo.
manivela
polea
2. Mesa soporte para la pieza a taladrar. 3. Husillo porta brocas o de trabajo.
piñón
4. Cabezal con mecanismo para obtener distintas velocidades de giro del husillo. 5. Motor eléctrico. 6. Caja de avances. 7. Mecanismos para el avance del husillo.
eje
cremallera
8. Cremallera 9. Manivela elevación o descenso de la mesa. 10. Conducto orientable para líquido refrigerante. 11. Palanca para el bloqueo del giro de la mesa. 12. Accionamiento manual del husillo. 13. Bomba impulsora del líquido refrigerante.
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Taladradoras de sobremesa Estas máquinas suelen tener una bancada pequeña que debe estar apoyada sobre un banco, una mesa de madera o un soporte adecuado.
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Introducción a las máquinas herramientas Habitualmente carecen de mesa y ménsula y la columna suele ser corta, aunque podemos encontrar en el mercado un sinfín de combinaciones que cambien por completo esta descripción. Acoplamiento cono Morse.
Son muy cómodas cuando se trata de realizar taladros de pequeño diámetro y con piezas pequeñas. Salvo en algunos casos, no suelen incorporar sistema de avance automático, y el sistema de variación de velocidad suele ser por cono-polea, aunque cada vez más se incorporan cajas de velocidades de engranajes y/o variadores electrónicos.
Dispositivo porta brocas.
Taladradoras de columna Las actuales taladradoras de columna, tal como hemos podido observar en el esquema de los elementos de una taladradora, son máquinas muy recias. Prácticamente no encontraremos máquinas de reciente fabricación con sistema de cono de poleas para la transmisión de velocidades, y si, con una caja de engranajes, dotada además, de múltiples avances automáticos para el husillo.
Taladradora ERLO SR-18.
También es habitual ver operar estas máquinas como roscadoras, incorporando un cabezal de roscado. La capacidad de taladrado varía según los modelos, pudiendo llegar hasta 30 mm de diámetro sobre acero, y 32 mm sobre fundición (200 HB), por lo que la gama de velocidades suele abarcar desde 200 min-1 hasta 4.800 min-1 en algunos modelos. El sistema de amarre de las brocas suele ser mediante el dispositivo porta brocas en cualquiera de sus variantes, o por cono Morse alojado directamente en el husillo.
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Transmisión por engranajes (Ibarmia).
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Introducción a las máquinas herramientas Hasta no hace mucho tiempo, las mesas fijas y rectangulares se consideraban patrimonio de las taladradoras de columna prismática. También nos podemos encontrar construcciones con este tipo de mesa en taladradoras de columna cilíndrica como en los modelos de las imágenes (Erlo). En la imagen inferior podemos observar una taladradora de columna cilíndrica clásica que incorpora una ménsula adecuada para montar una mesa rectangular y también, si se desea, una mesa de coordenadas.
Transmisión cono polea (Ibarmia).
La columna suele adoptar la clásica forma cilíndrica, o bien puede ser de forma prismática. A estas últimas también se les denomina de bastidor o de montante. La mesa puede adoptar distintas formas: redonda, rectangular, cuadrada, etc. y con un equipamiento diverso. El bloqueo del giro de la mesa, en una taladradora sencilla se realiza tal como vemos en el esquema.
Mesa
Palanca bloqueo
Ménsula
En las imágenes inferiores (Ibarmia) podemos ver distintas configuraciones de cabezales de taladradoras de columna:
z Transmisión por engranajes. z Avance automático: − Embrague mecánico o electromagnético. z Capacidad: hasta Ø 35.
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z Transmisión por engranajes. z Avance automático: − Embrague mecánico. z Capacidad: hasta Ø 50.
Las prestaciones de las mesas de coordenadas son muy importantes, especialmente cuando se realizan trabajos para los que han sido diseñadas: trabajos de precisión. De alguna forma, asumen las funciones de las punteadoras -sin serlo, aunque puedan realizar la mayoría de los trabajos de éstas con la calidad requerida-.
z Transmisión por engranajes. z Avance automático: − Embrague electromagnético. z Capacidad: hasta Ø 70.
z Transmisión mixta correas y engranajes. Variador de velocidad: − mecánico o electrónico z Avance automático: − Embrague electromagnético. z Capacidad: hasta Ø 50.
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Introducción a las máquinas herramientas El desplazamiento del cabezal normalmente se hace con motor independiente, así como en algunos modelos, los desplazamientos de la mesa.
Mesa de coordenadas (Erlo).
En la imagen inferior podemos observar una máquina con mesa fija y columna móvil, adecuada para la colocación de piezas voluminosas. En las taladradoras que no incorporan mesa, a veces es necesaria una mesa accesoria, que puede ser rígida (entera) o, si el taladrado a realizar requiere inclinación, o la superficie de referencia es inclinada, entonces se necesitará orientable, con la de la imagen superior. Estas mesas, al igual que otros muchos componentes, forman parte del amplio espectro de accesorios con los que se suelen equipar estas máquinas: aparatos divisores, mordazas especiales, mesas extralargas, cabezales de roscado, mesas de coordenadas, mesas móviles para carga, etc.
En las taladradoras de columna prismática (de montante, de bastidor...), al igual que en las de columna cilíndrica, nos encontraremos con una gran variedad de composiciones, si bien es cierto que habitualmente este tipo de máquina está destinado a trabajos de más precisión, que entre otros factores, se consigue a causa de la estructura y rigidez del montante (columna). Tal como ya se ha mencionado, estas taladradoras tienen la mesa de forma rectangular, y generalmente suele ser: z z z z
fija, de desplazamiento vertical, de desplazamiento vertical y transversal, de desplazamiento vertical, transversal y longitudinal.
Detalle del cabezal de una taladradora de columna prismática Ibarmia.
En las siguientes imágenes podemos observar algunas de las variedades más usuales de taladradoras de columna que nos podemos encontrar en la industria:
mesa accesoria
Taladradora Erlo con mesa de coordenadas, controlada por CNC.
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Introducción a las máquinas herramientas De esta manera, podemos realizar taladros en cualquier posición del área de la corona circular comprendida entre la distancia mínima y máxima del husillo a la columna. Por tanto, a mayor longitud del brazo, mayor área de trabajo posible. Para conseguir que el brazo se mueva con suavidad en el giro, puesto que carga con el peso del cabezal, además del suyo propio sobre la columna, ésta se construye con un sistema de doble columna. Con este sistema (figura inferior) se consigue que el giro se efectúe cargando sobre dos rodamientos, el superior de rodillos cónicos (fuerzas axiales y radiales), y el inferior de rodillos cilíndricos (guía radial). Taladradoras Ibarmia con divisor vertical.
Rodamiento rodillos cónicos
Columna exterior
Rodamiento rodillos cilíndricos
Columna fija
Taladradora Ibarmia con mesa extralarga.
Taladradora radial Este tipo de máquinas está concebido para realizar taladros en piezas de dimensiones considerables y/o de mucho peso. Con esta idea se construye sobre una estructura bastante concreta: un eje (columna) sobre el cual pueda girar un brazo (bandera) por el que se desliza el cabezal donde va montado el husillo de trabajo.
Sistema de doble columna de una taladradora radial.
El brazo o bandera es un prisma muy robusto, habitualmente construido en fundición, que se ajusta en la columna cilíndrica mediante un sistema de abrazadera, y por la parte de la bandera lleva mecanizadas las guías longitudinales por las que se desplaza y apoya el cabezal. Este cabezal dispone de un motor que es el que da movimiento al husillo de trabajo a través de la caja de velocidades y avances. Para los avances se dispone de dos opciones: manual y automático; y en ambos casos podemos controlar la profundidad de penetración con una regla graduada, un dial, o recientemente con visualizadores electrónicos de cotas. Cuando el brazo es muy largo, la columna suele disponer de un dispositivo desplazable para asegurar el bloqueo: un anillo de apoyo del brazo.
anillo de apoyo del brazo
Taladradora radial.
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Introducción a las máquinas herramientas El desplazamiento vertical del brazo se realiza mediante un motor auxiliar que, a través de un sistema de eje roscado y tuerca -ésta formando parte del brazo- con sistema de ajuste, consigue el desplazamiento. Según su construcción las podemos clasificar: z cuando el cabezal y el brazo son fijos como taladradora radial convencional, z cuando el cabezal y el brazo son orientables como taladradora radial orientable, z cuando además del carro y brazo orientables, su base puede desplazarse por una bancada, como taladradora radial universal. motor de elevación del brazo
brazo
columna
taladradora radial
z una taladradora de columna con mesa fija y cabezal móvil, z una taladradora de columna con mesa orientable y cabezal móvil, z una taladradora radial con una mesa fija posicionable, z una potente roscadora.
motor del cabezal
cabezal
husillo
bancada
taladradora radial orientable
Algunos modelos de taladradora radial incorporan una segunda columna, comúnmente denominada puntal. Esta columna desahoga la carga sobre la columna principal y garantiza la estabilidad del brazo. Claro está que limita la capacidad de algunas piezas, la dimensiones de las cuales no pueden sobrepasar al espacio entre columnas.
Contemplando la posibilidad de roscado: hasta M36 sobre acero y M45 sobre fundición; junto con la de taladrado: Ø40 para acero y Ø50 para fundición; complementada con una serie de características como la gama de velocidades 15 – 2.800 min-1 continuas, la gama de avances 5-2.000 mm/min, así como un radio de taladrado de hasta 1.590 mm, el desplazamiento de la columna, etc. convierten a este tipo de máquinas en una opción a considerar muy importante.
Taladradoras múltiples Se denomina taladradoras múltiples a un grupo de máquinas que, tomando como base las taladradoras de columna (cilíndrica y prismática) adoptan unos utillajes y/o disposiciones determinados. Tales son: z taladradora de husillos múltiples, z batería o taladradoras de serie, z taladradora con torre revólver.
puntal
En todas estas máquinas se puede encontrar todo tipo de combinaciones, al igual que en las de columna.
guía del puntal
El recorrido del puntal a lo ancho de la base está guiado por una ranura radial. Con este montaje, la taladradora se convierte en una taladradora de puente. Desmontando dicho puntal, adopta las características de una taladradora radial convencional. Recientemente, la ingeniería ha desarrollado un tipo de máquina más versátil (imagen inferior), combinando algunas características de las taladradoras radiales, mesas fijas y orientables, variadores electrónicos de velocidad, etc. de manera que puede adoptar las posibilidades de:
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De husillos múltiples (Ibarmia).
En batería (Erlo).
Con torre revólver (Brown&Sharpe).
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Introducción a las máquinas herramientas De husillos múltiples Los distintos fabricantes de máquinas, y a lo largo del tiempo, han desarrollado diversos sistemas de husillos múltiples, con distintas disposiciones, cantidad de husillos, placas guía, transmisiones, amortiguadores, utillajes especiales, etc. con el objetivo de aumentar la productividad, ya que es lo que se pretende al realizar varios taladros -de igual o distinto diámetro- simultáneamente sobre una pieza, obviamente en una producción en serie.
no suceda algún desastre, las distancias entre ejes de las distintas piezas mecanizadas prácticamente no varían, lo que sin duda repercute en que los valores Cpk (Capacidad de proceso constante) se puedan mantener ajustados. Estos dispositivos también se fabrican como cabezales autónomos para adaptar a las taladradoras convencionales de columna, tanto de husillos fijos como de husillos desplazables. Es conveniente, antes de acoplar un cabezal de este tipo, comprobar la potencia disponible de la máquina y verificar la capacidad de los rodamientos del husillo principal, especialmente los delanteros.
En batería–de serie Es común encontrarse con series de piezas en las que es necesario realizar varios taladros de distinto diámetro, con cajeados, achaflanados y roscados. Todo ello nos llevaría una cantidad de tiempo improductivo solamente con el cambio de herramientas en una máquina convencional, además de los probables errores de posicionamiento.
De husillos múltiples (Erlo).
El dispositivo más generalizado es el que podemos observar en la imagen superior, conocido como: de husillos múltiples desplazables. En el dibujo siguiente, vemos los distintos elementos que lo componen. husillo principal corona interior piñón transmisión cardan
Batería de taladradoras sobre banco (Ibarmia).
Para estos casos es adecuada una batería de taladradoras. Cada cabezal opera individualmente -dentro de la secuencia establecida, claro está- con su herramienta y parámetros de corte adecuados, y sistema de amarre de la pieza, en una sola mesa.
carcasa
regla de apoyo portabrocas/pinza
El movimiento llega a través del husillo principal, procedente del motor. A este husillo se le ha acoplado una corona con dentado interior, que gira solidaria con el husillo. Cada piñón -tantos como husillos se dispongan en el dispositivo y distribuidos circularmente- engrana con ella y gira en el mismo sentido. En la carcasa, se sujetan unas reglas de apoyo desplazables que llevan montado el husillo y el dispositivo portabrocas. Para que el movimiento que tiene el piñón llegue al husillo, se monta una transmisión del tipo Cardan (también conocidas como: junta Cardan). Una de las ventajas de este sistema es que, una vez bien ajustadas las distancias de los ejes en las reglas, a menos que
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Batería de 4 taladradoras de columna cilíndrica con distinto equipamiento (Erlo).
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Introducción a las máquinas herramientas Estas máquinas, dependiendo de las estaciones de que dispongan y su grado de automatización, pueden ser utilizadas por un mismo operario, o por varios. Hasta no hace mucho, las baterías de taladradoras se concebían para piezas pequeñas y de poco peso, por lo que solían equiparse con taladradoras de sobremesa. Actualmente esto ya no es así. En la imagen anterior podemos observar una batería basada en taladradoras de columna cilíndrica dispuestas para ser equipadas con cabezales de husillos múltiples, dispositivos de roscado, etc.
Taladradora revólver También conocida como taladradora de torreta, monta el mismo sistema que la torre de un torno revólver para el cambio de las seis herramientas. Generalmente se construye en formato de sobremesa y suele disponer de avance automático, profundidad controlada por topes, selector de velocidades para cada herramienta mediante variador electrónico de velocidad y mesa de posicionamiento rápido. Su principal aplicación se encuentra en los taladrados que requieren varias operaciones, por ejemplo, un taladro roscado, con encaje para la cabeza de un tornillo tipo Allen con sus correspondientes achaflanados. Con este sistema podemos realizar todas las operaciones sin mover la pieza de su posición inicial, simplemente subiendo el cabezal hasta la posición de cambio. El tiempo consumido en realizar el cambio de herramienta, siempre es menor que el de mover la pieza de sitio. Por esta razón, en algunos casos esta máquina sustituye con ventaja a las baterías de taladradoras.
Proceso de mandrinado en mandrinadora Škoda (Sidenor S.A. – Reinosa).
Con los procesos productivos actuales, pensar en el taladrado horizontal de una serie importante de piezas en una mandrinadora, es totalmente inviable. No sólo por las dimensiones de la máquina con relación a la pieza -que en el caso de pieza pequeña sería como matar moscas a cañonazos-, sino también por los tiempos muertos en el cambio de herramental y reglaje. Estos mismos procesos productivos han llevado a desarrollar máquinas basadas en las taladradoras de columna, pero en disposición horizontal, habitualmente denominadas: taladros en disposición horizontal. La horizontalidad, que resulta interesante en función de la forma y el tamaño de la pieza, también lo es en cuanto a desalojo de la viruta generada. Algunas de las aplicaciones más comunes son: z 1 cabezal en posición horizontal frente a una mesa fija de trabajo. z 2 cabezales horizontales contrapuestos sobre mesa fija de trabajo. z 2 cabezales horizontales alineados frente a una mesa con desplazamiento lineal. z 4 cabezales horizontales enfrentados a una mesa central con desplazamiento lineal.
Taladradoras horizontales La taladradora horizontal por excelencia es la mandrinadora, que no sirve solamente para taladrar, sino que, como veremos más adelante, tiene otras muchas aplicaciones.
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Taladradora en disposición horizontal (Ibarmia).
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Introducción a las máquinas herramientas
Taladradora en disposición horizontal (Erlo).
Taladradora-fresadora La taladradora-fresadora o taladro fresador, es una máquina sólida basada en una taladradora de columna prismática que, además de las propias, incorpora algunas características de una fresadora vertical en el cabezal y una mesa amplia con movimiento en dos ejes.
Disposición de 5 columnas (Erlo).
En las baterías vimos que estaban alineadas a una mesa o banco común. En este caso, tal como reza el título «a medida» la disposición es la que el proceso requiere, o con una disposición polivalente -en la medida de lo posible- abierta en unos casos y cerrada en otros. La carga de las piezas y cambio de estación, cuando estas «células» son algo complejas, suele ser automatizada, sea mediante dispositivos neumáticos y/o hidráulicos, robots, etc.
La característica principal que incorpora en el cabezal es la posibilidad de inclinarlo a derecha o a izquierda, o mantenerlo fijo. La mesa tiene las características de las mesas de fresadora -no confundirlas con mesa de coordenadas-, y para el movimiento de acercar o retirar el cabezal se utiliza la misma función que en una taladradora de columna prismática motorizada. Todo el conjunto tiene una gran polivalencia de uso -dentro de sus límites, obviamente-, que le permite una gran habilidad mecánica. Disposición de 2 columnas (Erlo).
Taladradoras portátiles
Taladradora manual sencilla. Taladradora–fresadora (Erlo).
Taladradoras con disposiciones «a medida» Este grupo de máquinas tiene cierta semejanza con las baterías de taladradoras. Su diferencia estriba principalmente en la disposición de cada unidad, ya que cada columna es una taladradora completa por sí misma.
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En muchas ocasiones, tanto dentro del taller mecánico, como en las líneas de montaje y montajes exteriores, necesitamos realizar taladros en piezas que no podemos desmontar o no es adecuado hacerlo, o que están en lugares donde no se puede acceder con las máquinas hasta ahora descritas. Para estas ocasiones y también para otros casos -utilizando accesorios adecuados, por ejemplo pulir agujeros...- utilizamos estas máquinas. La amplia gama de aplicaciones, formas constructivas y fuente de energía, hace imposible enumerar aquí todas las
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Introducción a las máquinas herramientas posibilidades. Por esta razón, presentaremos las más usuales, que las agruparemos por la fuente de energía que utilizan: eléctricas, neumáticas, y manual o mecánica. Estas últimas ya casi son piezas de museo, pues con la aparición en el mercado de las taladradoras portátiles con batería, en el sector industrial ya no tienen cabida.
velocidad normal
velocidad reducida
z desde Ø0,5 mm hasta Ø10 mm en la gama pequeña y, z desde Ø3 mm hasta Ø16 mm la gama media. Dentro de estas gamas es habitual encontrarnos con máquinas con formas especiales -a menudo acodadas o angularesaptas para espacios reducidos o de difícil acceso. Cuando se requiere realizar agujeros de más diámetro (por ejemplo Ø32 mm), por tanto, más potencia útil (por ejemplo 1.000 W) y más par motor (por ejemplo 220 Nm) será necesario recurrir a máquinas de la gama alta y, además, habitualmente será necesario sujetarla con una base magnética -si trabajamos sobre metal- o de otro tipo.
Taladradora manual de dos velocidades.
GBM 1 RE (gama pequeña) Bosch. Chicharra (la más manual de todas...).
Portátiles eléctricas Tal como ya se ha dicho, la vasta gama de modelos hace imposible su enumeración. Hasta no hace mucho, estas máquinas tenían -y siguen teniendo, aunque menos- sus limitaciones en cuanto a capacidad de diámetro de broca ya que a más diámetro, más potencia se requiere. Otra de sus limitaciones era la sujeción por parte del operario cuando se trabajaba con diámetros mayores.
Taladradora angular WB E 700 Metabo.
BE 250 R+L (gama pequeña) Metabo.
Las máquinas más usuales en el taller son las de la gama pequeña y media. Según los modelos de cada fabricante, suelen tener capacidad para taladrar:
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Taladradora angular ACCU GWB 7,2 VE Bosch.
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Introducción a las máquinas herramientas
GBM 13 (gama media) Bosch.
Taladradora y base magnética Metabo.
BDE 1100 (gama media) Metabo.
Taladradora GMB 32-4 montada sobre base magnética (Bosch).
Taladradora B 7532/4 (4 velocidades) Metabo.
Taladradora acodada con batería. DeWalt.
Cuando es necesario taladrar en algún lugar donde no podamos acceder a la red eléctrica, tenemos dos posibilidades: z utilizar un generador (los más comunes funcionan con gasolina) para que nos la suministre, z utilizar taladradoras con batería. Esta última opción es la más frecuente y ha desbancado por completo a los dispositivos de taladrado manuales. Además, estas máquinas también suelen utilizarse como atornilladoras para tornillería pequeña.
Taladradora GMB 32-4 Bosch.
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Al igual que con el resto de las máquinas, nos podemos encontrar con un sinfín de modelos para gran variedad de aplicaciones.
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Introducción a las máquinas herramientas
Fresadora El «fresado» es la forma de mecanizado por arranque de viruta mediante una herramienta circular de cortes múltiples, llamada fresa, habitualmente en una máquina herramienta denominada fresadora: z el movimiento principal de corte lo origina la fresa, al girar sobre su propio eje, z el movimiento de avance se logra por el desplazamiento de la pieza contra la fresa, z la profundidad de pasada se logra por la aproximación de la pieza a la fresa, en la dirección necesaria. Ni qué decir tiene, que la potencia de estas máquinas es limitada y, consecuentemente, la capacidad del diámetro a taladrar. Su gran ventaja es la autonomía en cuanto a dependencia de fuente de energía. También es cierto que su limitación más importante está en la batería, por tanto, si necesitamos realizar muchos agujeros, es importante disponer de una batería de repuesto.
Portátiles neumáticas Estas máquinas son adecuadas para trabajar con brocas de pequeño diámetro porque pueden girar a mayores revoluciones que las eléctricas. Esta característica también las hace adecuadas para trabajos de retoque con fresas pequeñas y muelas de mango de pequeño diámetro y formas variadas.
Por tanto, las fresadoras -mediante una serie de elementos, mecanismos o dispositivos- son máquinas capaces de proporcionar los movimientos anteriormente mencionados. La estructura y orientación de estos elementos da lugar a los distintos tipos de fresadoras.
Múltiples cortes
Eje de la fresa
Chicago Pheumatics.
Su uso queda restringido a lugares donde se disponga de una red de aire comprimido, o alimentadas directamente por un compresor apropiado (suficiente caudal y presión). Por sus dimensiones, y por los materiales de los que están construidos sus elementos resultan muy ligeras de peso, lo que las convierte en muy manejables. Existen diversos modelos -como ocurría con las otras máquinas- que se adaptan a la mayoría de las necesidades.
didad Profun ada de pas
e Avanc
Los criterios clásicos de clasificación son: z por la disposición del eje principal, z por la forma de dar la profundidad de pasada, z por el tipo de trabajos que se pueden realizar en ellas. La norma UNE 15010, un extracto de la cual se encuentra al final de esta unidad didáctica, establece una clasificación que abarca: por la disposición del eje principal y por el tipo de trabajos que se pueden realizar.
Master Power 1460 Reversible.
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Ciertamente existen más clasificaciones posibles, y en algunos casos nos encontraremos máquinas que podrían estar en más de un grupo, puesto que tienen características propias de cada uno de ellos sin ser ninguno en concreto.
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Introducción a las máquinas herramientas
Eje de la
fresa
Avance
Fresadora de bancada fija 20KF. Zayer.
Por la disposición del eje principal, podemos clasificarlas en: z horizontales, z verticales, z mixtas.
Fresadora vertical de torreta GVM 3. Lagun.
Por el tipo de trabajos que se pueden realizar en ellas, podemos clasificarlas en: z universales, z especiales.
Fresadora universal FU-3000. Fexac.
Fresadora especial de doble cabezal.
Fresadora mixta GUM-VM 152. Lagun.
Por la forma de dar la profundidad de pasada, podemos clasificarlas en: z de consola, z de bancada.
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Fresadora de pórtico.
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Introducción a las máquinas herramientas Las fresadoras horizontales, actualmente -exceptuando algunos casos- han quedado reducidas a los modelos de fresadoras universales de consola (también conocidas como de ménsula).
2. que la fresa, para que no talone (roce contra la pieza en cualquier parte de la fresa que no sea el/los filo/s), pueda orientarse según el ángulo de la hélice que se va a tallar. El primero se consigue a través de un dispositivo llamado aparato divisor, que montado sobre la mesa recibe el movimiento del husillo de ésta mediante un tren de engranajes. Para el segundo, la orientación e inclinación de la hélice podemos optar por dos maneras: a) inclinar y orientar la mesa respecto a la fresa, b) orientando la fresa respecto al eje de la pieza.
fresa
puente
ángu lo la hé de lice
Fresadora de consola con cabezal universal.
tren de engranajes husillo mesa aparato divisor eje principal fresa
mesa carro transversal
cuerpo
a)
mesa consola base b)
Fresadora de consola (fresado horizontal).
En las fresadoras de consola, es ésta -junto con la mesa- la que se aproxima a la fresa. En las fresadoras de bancada es la fresa las que se acerca a la pieza, que se encuentra sobre la mesa. En las fresadoras mixtas, por su forma constructiva, se dan ambos casos. La fresadora universal es la más utilizada en la fabricación unitaria o de pequeñas series de piezas, debido a que con ella se pueden realizar prácticamente la mayoría de los procesos de fresado.
En el caso a) estamos trabajando sobre eje horizontal, y en el caso b) sobre cabezal universal orientable. Ello nos lleva a otra clasificación para las fresadoras universales: z Fresadoras universales de mesa orientable.
aparato divisor
z Fresadoras universales de eje orientable. Ambas son del tipo de consola y, comúnmente las de eje orientable suelen ser verticales o mixtas.
mesa tren de engranajes
Una de las razones de más peso que condujo al diseño y fabricación de las fresadoras universales fue la necesidad de realizar ranuras helicoidales. La solución para este problema radica en dos puntos: 1. que la pieza pueda girar sobre su eje, y a su vez, solidaria con la mesa se desplace longitudinalmente contra la herramienta cortante (fresa), y
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Introducción a las máquinas herramientas z El movimiento según el eje X, constituye el desplazamiento longitudinal de la mesa. z El movimiento según el eje Y, constituye el desplazamiento vertical de la mesa. z El movimiento según el eje Z, paralelo al eje del husillo, constituye el desplazamiento transversal de la mesa. Denominación
Ref
Español
Inglés
Francés
1
Base
Base-plate with tray
Socle
2
Columna
Column
Montant
3
Consola
Knee
Console
4
Guías de la consola
Knee slideways
Glissières de la console
5
Carro transversal
Saddle
Chariot transversal
6
Guías del carro
Saddle slideways
Glissières de mouvement transversal de la table
7
Mesa
Table
Table porte-pièce
8
Guías de la mesa
Table slideways
Glissières de mouvement longitudinal de la table
9
Superficie de la mesa
Table surface
Surface utile de la table
10
Husillo desplazamiento vertical de la consola
Vertical feed-screw
Vis verticale
11
Nariz del husillo
Spindle nose
Nez de broche
12
Brazo-soporte
Overarm
Bras-support
13
Guías del brazo
Overarm slideways
Glissière du brassupport
Fresadora universal de torreta KP-Plus: - consola, - eje orientable. Kondia.
14
Luneta delantera
Front arbor support
Lunette avant
15
Luneta trasera
Rear arbor support
Lunette arrière
La norma UNE 15-303-90 (equivalente a: ISO 1701/01984) determina la terminología empleada para los principales elementos de este tipo de máquina herramienta, en español y otros 6 idiomas europeos, y a ella nos ceñiremos para referirnos a los elementos que las componen.
16
Eje porta-fresas
Arbor
Arbre porte-fraise
Fresadora universal GF-2798: - consola, - mesa orientable. Morkaiko.
También incluye las descripciones de los movimientos de avance, que tomaremos en adelante cuando hagamos referencia a los movimientos en los distintos ejes. UNE 15-303-90: Fresadora de consola, mesa de altura variable, husillo horizontal. 15
12
4
14 16 +X´
6 5 10
+X
40
13 +X´
5
7
10
8
+W´
+Z
+Y
+X
z El movimiento según el eje X, constituye el desplazamiento longitudinal de la mesa.
1 +Y´
4 2 9 7 8 3 1
11
6
3
+Y’
12
9 2
+Z´
+Z
+Y´
11
13
UNE 15-303-90: Fresadora de consola, mesa de altura variable, husillo vertical y cabezal porta-husillo deslizante.
+Y +Z
z El movimiento según el eje Y, constituye el desplazamiento transversal de la mesa.
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Introducción a las máquinas herramientas z El movimiento según el eje Z, paralelo al eje del husillo, constituye el desplazamiento vertical del cabezal porta-husillo. z El movimiento según el eje W, constituye el desplazamiento vertical la mesa.
1 - Base Según UNE 15-303-90: en las fresadoras con mesa de altura variable (de consola) con husillo horizontal o vertical, la base y la columna son solidarias.
Denominación
Ref
Español
Inglés
Francés
1
Base
Base-plate with tray
Socle
2
Columna
Column
Montant
3
Consola
Knee
Console
4
Guías de la consola
Knee slideways
Glissières de la console
5
Carro transversal
Saddle
Chariot transversal
6
Guías del carro transversal
Saddle slideways
Glissières de mouvement transversal de la table
7
Mesa
Table
Table porte-pièce
8
Guías de la mesa
Table slideways
Glissières de mouvement longitudinal de la table
9
Superficie de la mesa
Table surface
Surface utile de la table
10
Husillo desplazamiento vertical de la consola
Vertical feed-screw
Vis verticale
11
Nariz del husillo
Spindle nose
Nez de broche
12
Cabezal
Spindle head
Tête porte-broche
13
Guías del cabezal
Spindle head slideways
Glissière du mouvement vertical de la tête portebroche
En el caso de que el cabezal porta-husillo no tenga desplazamiento vertical, el movimiento según el eje Z, constituye el desplazamiento vertical de la mesa. Puesto que la fresadora universal, por su capacidad de realizar la mayoría de procesos de fresado tiene muchos elementos comunes -por su forma constructiva- con los otros tipos de máquinas fresadoras, la tomaremos como referente para ver sus partes más importantes.
2- Columna
1- Base
Es por esta razón que es muy común identificar a esta parte de la fresadora como cuerpo. Aunque todo ello está formado por un bloque (armazón, caja...) normalmente de fundición aleada y estabilizada, la base es la parte que se apoya y/o fija en el suelo, mediante tornillos, soportes antivibratorios, etc. El hueco que queda en su interior suele aprovecharse como depósito para el líquido refrigerante.
2 - Columna En la cara anterior de la columna están mecanizadas unas amplias y reforzadas guías que sirven para el apoyo y desplazamiento de la consola. Estas guías están templadas y rectificadas. En la parte superior frontal -aunque su función es por el interior- se encuentran los soportes que alojan el eje principal y para los ejes de la caja de velocidades (en algunos modelos también para la de avances).
En la parte superior, coronando el bloque, están mecanizadas las guías donde se aloja y por las que se desplaza el brazo soporte.
Fresadora universal F-1320 Holke.
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En su interior lleva los mecanismos que transmiten el movimiento al eje principal, a los que se accede a través de una o varias aberturas.
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Introducción a las máquinas herramientas Es importante, que tanto la base como la columna estén bien dimensionadas, y que los espesores de paredes y nervios sean los adecuados, para poder mantener una buena estabilidad y rigidez incluso durante los procesos más duros.
husillo tuerca interior tuerca
casquillo
carcasa
En su parte superior incorpora otras guías, perfectamente perpendiculares a las de acoplamiento a la columna, donde se aloja y desplaza el carro transversal. La parte interior de la consola se utiliza para alojar los mecanismos de transmisión de los avances -automáticos y manuales- de la misma consola y de los otros carros. guías columna guías carro transversal
Fresadora vertical de consola FYR40J2. Jafo.
3 - Consola tornillos bloqueo
Así se denomina al carro vertical de la fresadora, construida con fundición aleada y estabilizada, con las zonas de las guías templadas y perfectamente rectificadas y/o rasqueteadas -como la columna-. Su forma y dimensionado deben estar acordes para que, además de ser soporte de los otros carros y guía del conjunto, tenga la estabilidad óptima y la resistencia suficiente para que no se produzcan deformaciones ni vibraciones durante el fresado. Ésta se acopla a la columna mediante unas guías hembra -la parte macho son las mecanizadas en la columna- ajustadas por medio de una regleta que permite un deslizamiento fácil con el mínimo juego.
regla de topes
Algún tipo de fresadora que por dimensiones de la mesa de trabajo, y carrera de la misma, así como del carro transversal, la consola adquiere un volumen considerable. Por lo que se construye de manera que, en la parte frontal incorpora dos guías cilíndricas que ajustan a dos columnas auxiliares para que no se produzcan sobrecargas en las guías posteriores, que desemboquen en deformaciones, vibraciones, etc.
5 – Carro transversal
husillo
El movimiento de subida o bajada se consigue mediante un mecanismo que transmite el movimiento del volante o manivela a un husillo -generalmente telescópico-, que ajusta a la tuerca ubicada en la base de la máquina.
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Introducción a las máquinas herramientas
ranura en T
columna
plataforma circular
mesa
bloqueo
tornillo de aj uste
accionamiento de la mesa
guías consola regleta de ajuste
consola
base
7 - Mesa columnas auxiliares
Fresadora MK 2060 Morkaiko.
Alojado en las guías que coronan la consola, al igual que los elementos que hemos visto hasta ahora, está construido de fundición aleada y estabilizada. El ajuste para el desplazamiento por las guías puede hacerse mediante una regleta cónica, o mediante una regleta paralela provista de varios tornillos. Para poder bloquearlo en cualquier posición, incorpora unos tornillos laterales que con el apriete eliminan todo juego en las guías. En su parte superior provee una plataforma circular y una ranura en forma de cola de milano o en forma de T, también circular, que sirve para alojar y fijar la placa circular; cuya orientación se controla por un limbo graduado y se fija por tornillos.
Placa giratoria Éste es el elemento característico de la fresadora universal de mesa orientable, ya que es quien proporciona la posibilidad de poder girar la mesa -dentro de las limitaciones que impone la construcción de la máquina- en cualquier ángulo con relación al eje portafresas. Las formas constructivas son variadas, dependiendo de cada fabricante. Podemos encontrarnos desde una sencilla corona graduada hasta un sistema de eje y corona sinfín -manual o motorizado-. Sea cual sea el sistema, en la parte superior se encuentran las guías en las que se apoya y desliza la mesa porta piezas. Como todas las guías, deben ser lo más amplias posible -para conseguir mayor estabilidad-, templadas, rectificadas y/o rasqueteadas para conseguir una mayor precisión y deslizamiento suave.
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Es una plataforma rectangular de fundición aleada y perfectamente estabilizada, adecuadamente dimensionada bajo los parámetros de robustez con el fin de no permitir la más mínima deformación, ni por los efectos del mecanizado, ni por la acción de los medios de fijación utilizados para sujetar las piezas -o los dispositivos que se utilicen para inmovilizar la pieza- en su parte superior. En dicha cara superior, rigurosamente plana, se encuentran 3, 4 o más ranuras en T, en las que se alojan las cabezas de los tornillos de sujeción utilizados para fijar las piezas, mordazas, bridas, etc. También se utilizan como guía de referencia para posicionar -no alinear- aparatos divisores, topes, etc. y a su vez, sirven para la recogida del líquido refrigerante. En la parte frontal se encuentra una ranura donde pueden alojarse unos topes delimitadores del recorrido -en modo automático-.
topes delimitadores
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Introducción a las máquinas herramientas La mesa se aloja y desplaza por la guías mecanizadas en la parte superior de la placa giratoria con un sistema de ajuste de regleta. El movimiento -manual o automático- se consigue por la acción de su husillo montado en la parte interior de la mesa sobre una tuerca fija. ranuras mesa
Fresadora universal de eje orientable
contratuerca bloqueo
tornillo ajuste
husillo
regleta de ajuste
En este sistema de husillo-tuerca, se incorporaban unos dispositivos de regulación del juego que se creaba entre ellos a causa del trabajo, pues en el fresado es muy importante que la mesa no tenga holguras. Uno de estos sistemas es el Jerwag. Actualmente se montan husillos a bolas (bolas circulantes, con tuerca de reglaje) como ya vimos en los tornos de CNC, que disminuyen el rozamiento entre el husillo y la tuerca, evitando la holgura.
12 – Brazo-soporte
Fresadora universal de eje orientable GUM VM 125. Lagun.
También conocido como puente o carnero, sirve de guía y apoyo al eje porta fresas mediante las lunetas que incorpora.
Este tipo de fresadora suele diferenciarse de la de mesa orientable por dos características a tener en cuenta: a) La mesa porta piezas va montada directamente sobre el carro transversal, por tanto, se elimina la placa giratoria, resultando desde la óptica de la robustez de la máquina, más recia que la de mesa orientable. En las fresadoras que se están construyendo actualmente también se elimina el carro transversal, de manera que la mesa se incorpora directamente a las guías mecanizadas en la consola. De esta manera se consiguen mesas más anchas que en los otros tipos.
Ajustado a la parte superior de la columna mediante la guía en forma de cola de milano, puede desplazarse a voluntad dentro de los límites propios de sus dimensiones. En la parte frontal suele tener dos agujeros roscados que sirven para la fijación del cabezal orientable (del tipo: Huré, Gambin, o de platinas ortogonales). cáncamo brazo-soporte
guías columna
luneta delantera eje portafresas
nariz del husillo
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luneta trasera
Fresadora Zayer 20KF.
En estas fresadoras el eje principal va montado en un puente muy robusto que se desplaza a lo largo de la columna, y donde se alojan los principales mecanismos
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Introducción a las máquinas herramientas de la gama de velocidades, además del necesario para dotar a este puente del movimiento transversal -manual o automático- que en las otras máquinas proporciona el carro suprimido en éstas.
Posibles disposiciones de giro del cabezal Gambin.
Fresadora universal mixta FWR40J2 Jafo.
b) El eje principal monta un cabezal orientable, de forma que se puede orientar formando cualquier ángulo respecto con la mesa porta piezas.
Fresadora de consola FC-1100 (sin mesa orientable). CME.
Cabezal Huré
Esto les da mucha más versatilidad que con el eje rígido. A su vez, tienen el inconveniente de que las fresas siempre van montadas al aire, por lo que hay que tener la atención de trabajar con herramental corto. Los tipos de cabezales más utilizados son de los sistemas: z Huré, z Gambin,
Fresadora TA-30 equipada con cabezal Huré. Soraluce.
z platinas ortogonales.
Fresadora de torreta
Posibles disposiciones de giro del cabezal Huré.
Posibles disposiciones de giro del cabezal de platinas ortogonales.
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Fresadora de torreta F-1110. Holke.
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Introducción a las máquinas herramientas Este tipo de fresadora, en realidad, se trata de una máquina de cabezal vertical, con características de las universales que la dota de una versatilidad muy importante. Es una máquina propia de los talleres de utillajes, reparaciones, diseño de prototipos... En las imágenes podemos observar algunas de sus características más destacables.
Las posibilidades de trabajo son muy variadas debido a que este cabezal, tal como podemos observar en la figura anterior, puede adoptar una considerable y variada cantidad de posiciones dentro de los arcos de giro que le permite su forma constructiva.
Fresadora de bancada fija Fresadora de torreta GVM5-SP. Lagun.
Las fresadoras de bancada fija han supuesto una renovación técnica en las técnicas del fresado. Inicialmente se les denominaba fresadora-mandrinadora, por su parecido con aquéllas.
z Columna: únicamente sirve para sustentar el brazosoporte y el conjunto del cabezal. Incorpora una base circular graduada donde asienta una mesa rotativa, por las guías de la cual se desliza -manual o motorizado- el brazo soporte. Claro está que este brazo puede bloquearse en cualquier posición de su recorrido. z Brazo-soporte: Tiene forma prismática y en su cabecera monta una extraordinaria articulación compuesta de dos ejes perpendiculares entre sí. Uno de ellos es el que permite balancear el cabezal con relación al eje del brazo, y el otro permite el giro del conjunto del cabezal.
Fresadora de bancada fija VH-2000 con cabezal multiangular.
Con este tipo de máquina se pueden realizar cualquier tipo de mecanizado, tanto en desbaste como en acabado, con factores de corte muy elevados y con áreas de trabajo muy superiores a las ofertadas por las fresadoras universales.
Posibilidades de trabajo de una fresadora de torreta.
z Cabezal: monta un motovariador o un variador electrónico de velocidad -continuo, sin escalas- para conseguir la velocidad adecuada en cada momento. Puede ser de regulación manual o por control. El husillo tiene el recorrido vertical que puede accionarse manualmente: con el volante -lento y preciso- o con la palanca -más rápido en modo sensitivo-.
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Fresadora de bancada fija GBM 32E. Lagun.
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Introducción a las máquinas herramientas La concepción de los órganos de la máquina, en especial las partes móviles con relación a la fresadora universal: z consola: bancada fija, z carro transversal: brazo, montante, o puente motorizado, sin parte giratoria, z mesa: únicamente se desplaza a lo largo de la bancada en toda su anchura;
La mesa permanece fija por medio de los anclajes al suelo y el movimiento, tanto para el posicionamiento como para el corte lo realiza la columna en todas direcciones. Si nos detenemos un momento en este detalle, observaremos que cuando las piezas a mecanizar son muy pesadas, tanto los husillos como las guías sufren mucho en los desplazamientos no sólo por la carga que soportan, sino también por los esfuerzos de corte que se generan durante el arranque de viruta.
nos da una idea de la robustez y capacidad de carga para poder utilizar este tipo de máquinas en procesos de fresado que requieren arrancar mucho volumen de viruta. Al igual que en la mayoría de las máquinas actuales, el control de éstas es mediante CNC, en modo automático o no.
Fresadora de mesa fija y columna móvil Este tipo de máquina cambia la movilidad de la mesa por la de la herramienta. De ello podemos deducir que su principal destino es el mecanizado pesado y/o de grandes dimensiones. Fresadora HVM-MG Anayak.
Otra de las razones que justifican este diseño es la ventaja que supone un solo amarre a la hora de garantizar las tolerancias geométricas -por ejemplo, perpendicularidad y paralelismo- en piezas de grandes dimensiones. Evidentemente la columna y el cabezal, así como las guías de desplazamiento, están diseñadas y construidas con la suficiente robustez y precisión para poder garantizar estos términos. Podemos ver en las imágenes que está dotada de un cabezal sistema Huré para poder lograr el posicionamiento idóneo del eje donde se monta la herramienta, y además, de un almacén de herramientas en el lateral para el cambio automático de ellas para los distintos procesos que se estén realizando. Fresadora L30 de mesa fija y columna móvil. Nicolás Correa.
Con este diseño de máquinas, empezamos a concebir la idea de los grandes centros de fresado, donde la mesa, siendo
Centro de fresado de montante móvil. Soraluce.
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Introducción a las máquinas herramientas fija, está separada físicamente de la máquina, con cimentación propia y ocupando una superficie considerable. En algunos casos se les puede confundir con las mandrinadoras, puesto que algunos de los trabajos típicos de éstas son capaces de realizarlos. En la imagen anterior podemos observar el planteamiento de una de estas unidades.
Fresadora copiadora La estructura de este tipo de máquina viene determinada por el sistema de copiado que utiliza, por lo que, aun teniendo estructura parecida varía entre las que utilizan sistema mecánico, hidráulico, electro-hidráulico o electrónico.
Fresadora de puente FP-30. Nicolás Correa.
Con la estructura del puente, donde se aloja el cabezal, se consigue el mecanizado en altura, que de otra forma, sería necesario mover la pieza para posicionar por ejemplo, en el frente. Otra de las ventajas que tiene la estructura del puente es que le permite al cabezal cubrir todo el área de trabajo que delimita la mesa. En la imagen podemos apreciar que la mesa tiene un desplazamiento longitudinal, mientras que el transversal lo ejecuta el cabezal al igual que el ascendente/descendente. Por tanto, se cubre todo el volumen que determinan los recorridos máximos en los tres ejes.
Fresadora HVM-3800: mesa fija, columna móvil con copiador digitalizador. Anayak.
Al estar dotadas de alguno de estos sistemas de seguimiento (copiador), necesitan de un sistema de control que haga mover los carros de la máquina de manera tal que la herramienta reproduzca las formas del patrón o plantilla en el bloque del material donde se va a mecanizar. Y es aquí donde empiezan a determinarse estructura, elementos móviles, motores, husillos, palpadores, variadores electrónicos de velocidad, etc. Entendemos que el tema del copiado corresponde a otro capítulo, pero creemos necesario aclarar que: actualmente la mayoría de máquinas que se fabrican, en cualquiera de los sistemas de copiado, están preparadas para trabajar de manera triaxial (tres ejes) aunque puedan trabajar también en monoaxial y biaxial. Dentro de esta gama de máquinas podemos incluir el pantógrafo (copiado mecánico) -todavía sobrevive a pesar de la electrónica- y las fresadoras grabadoras con control numérico.
Centro de mecanizado vertical Euro-2000. Nicolás Correa.
Tomando como base este tipo de fresadora, se desarrolla la estructura de un centro de mecanizado vertical. En la imagen anterior observamos que la máquina incorpora un disco donde se alojan distintas herramientas. Éste es el almacén de herramientas del centro de mecanizado, con una ventaja con relación a otros: no necesita de brazos ni componentes auxiliares para el cambio automático de la herramienta.
Fresadora de puente (pórtico)
El recorrido a lo largo del puente le permite al cabezal posicionarse justo encima del disco, soltar la herramienta que llevaba el gestor del almacén, cambiar la posición del disco para la herramienta solicitada y, cuando está en posición, el cabezal la incorpora y seguidamente se desplaza a la posición donde tiene que mecanizar.
La fresadora de puente o de pórtico recuerda extraordinariamente a las cepilladoras -en el bloque 2 del capítulo ya se introdujo el tema-. Este tipo de máquina, generalmente, se destina al mecanizado de piezas voluminosas, no siempre pesadas, pero sí de dimensiones considerables.
Estas máquinas, como prácticamente todas las de su categoría que se fabrican actualmente, podemos decir que no hay dos iguales. Aunque parten de una base común, cada una tiene particularidades adaptadas a las necesidades del mecanizado de la industria donde van a instalarse.
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Introducción a las máquinas herramientas Con esta estadística, fruto de los años de experiencia en la construcción de máquinas, los fabricantes están optando por las construcciones modulares, para con elementos que incorporan en distintos modelos de máquinas poder satisfacer las necesidades demandadas.
Fresadora de puente móvil
La evolución en el desarrollo de este tipo de fresadora y la incorporación del mecanizado a alta velocidad (MAV), han conducido hacia un nuevo planteamiento en la estructura de la misma: el guiado aéreo. A este tipo de máquina, en el argot, se le denomina «gantry» (puente, pórtico, garganta o túnel...); aunque hay diversidad de opiniones en cuanto a que si las de pórtico móvil no aéreo también entran en este grupo o no.
Criterios parecidos a los que condujeron de las fresadoras de bancada fija y mesa móvil a las de mesa fija y columna móvil, se han aplicado para las fresadoras de puente móvil. Los requerimientos de mecanizado en estas máquinas han desembocado en el desarrollo de una tecnología característica. Observando las imágenes siguientes vemos dos máquinas que corresponden al mismo grupo, con las dos bases-guía por donde deslizan las columnas del puente, el travesaño que forma el puente o pórtico donde se aloja el cabezal, y una mesa central estática; pero tienen una concepción distinta: en una (FPM-60) la altura del travesaño es fija, en la otra (FPMW-50) es regulable. Máquina especial SG Gantry con doble cabezal. Bermaq.
La mayoría de estas máquinas incorporan cabezales de alta velocidad. La tecnología que incorporan estas máquinas es de última generación debido a: z las altas velocidades y aceleraciones por las que se manejan durante los procesos de mecanizado, z las precisiones requeridas en las piezas que se mecanizan en ellas, que no por ser máquinas voluminosas no significa que no la tengan. z la variedad de herramental necesario para completar esos procesos.
Fresadora de pórtico móvil FPM-60. Nicolás Correa.
Todo ello se traduce en una estructura muy sólida con sistemas contra vibraciones, motores lineales, guías de diseño especial, rodamientos especiales, materiales especiales para distintos componentes, etc.
Este sistema de elevación, mediante dos ejes especiales, controlados y sincronizados, permite aumentar la flexibilidad en el mecanizado de grandes piezas, cubriendo desde la posición «cero» de la mesa, hasta -en este caso- 2.750 mm de altura.
Mención aparte se lleva a las máquinas de alta velocidad (Mecanizado Alta Velocidad: MAV), que ya están dando buenos resultados en varios sectores.
Fresadora de pórtico móvil FPMW-50. Nicolás Correa.
Fresadora gantry de alta velocidad Memphis 4000. Zayer.
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Introducción a las máquinas herramientas
Mandrinadora La mandrinadora es una máquina compleja en la que coexisten características de la fresadora, de la taladradora y del torno. Por ello, es una máquina muy versátil, razón que la convierte en un valioso medio de producción de cualquier taller.
Además, existe un tipo de mandrinadora auxiliar que no entra dentro de esta clasificación que podríamos denominar portátil. Como veremos, su aplicación está bastante centrada en el sector de reparación urgente de máquinas destinadas al movimiento de tierra.
Mandrinadora horizontal de columna fija (universal) Se trata de una máquina destinada a la producción de pieza por pieza y de pequeñas series. No se trata de una máquina automática, aunque sí suele incorporar un cierto grado de automatización, sobre todo en los dispositivos destinados a los desplazamientos de la mesa y cabezal. columna
luneta
cabezal plato husillo
apoyo husillo
cojinete de apoyo
mesa
Mandrinadora Škoda. (Cortesía de Sidenor S.A. - Reinosa).
Está dotada de una serie de dispositivos que le permiten trabajar con un buen grado de precisión, por lo que es considerada como tal y, como corresponde, en ella suelen realizarse trabajos de responsabilidad. Debido a esa versatilidad, las configuraciones de estas máquinas pueden variar sustancialmente dentro de un mismo tipo.
control cotas carro transversal soporte-guía conjunto carros carro longitudinal
bancada
Inicialmente, la mandrinadora es una máquina destinada al mandrinado: aumentar el diámetro de agujeros en las piezas. Sin perder de vista su origen, actualmente en las mandrinadoras también se ejecutan otros tipos de mecanizados, más propios de las fresadoras. Por ello no es de extrañar que en muchas ocasiones se refieran a este tipo de máquina como fresadora-mandrinadora.
Mandrinadora Sacem (Cortesía de Sidenor S.A. - Reinosa).
Podemos establecer una primera clasificación según la disposición del husillo principal:
{
Horizontales
Verticales
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Columna fija (universales) Mesa fija Columna móvil Mesa cruzada Mesas intercambiables De precisión De bielas Especiales Lineales para bloques de motores
{
{
{ Para bloques de cilindros (motores)
Entre otros, los principales componentes de la mandrinadora son: z z z z z
Bancada. Columna. Cabezal. Carros y mesa. Luneta.
En la figura superior podemos observar los distintos sentidos en el movimiento de estos componentes.
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Introducción a las máquinas herramientas Visto el esquema y dependiendo del trabajo a realizar, podemos determinar que los movimientos de trabajo en una mandrinadora son:
3) a) Mandrinado de agujeros cortos de gran diámetro, con porta-útiles telescópico sujeto en el plato de refrentar. b) Mandrinado de agujeros largos de gran diámetro, usando la barra de mandrinar con avance propio.
Movimiento de corte de la herramienta: 1) a) b) c) d)
Operación de mandrinar con cuchilla sobre barra. Operación de taladrar con broca espiral o de plaquitas. Operación de mandrinar con cuchilla sobre mandrino. Operación de mandrinar con soporte de mandrinar sobre barra.
a)
a)
b) b)
4) a) Torneado exterior con ayuda del porta-útiles telescópico. b) Escariado de orificios. c) Roscado con macho. d)
2)
a)
a) Refrentado con la herramienta sobre el carro del plato de refrentar. b) Refrentado con soporte de mandrinar sobre barra.
a) b)
c)
5)
b)
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a) Roscado interior y exterior con porta-útiles de desplazamiento radial. b) Roscado exterior con porta-útiles telescópico montado sobre el plato de refrentar.
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Introducción a las máquinas herramientas
a)
b)
8) a) Tallado de ruedas dentadas para engranajes, con ayuda del aparato de fresar universal y fresa de forma; utilizando como divisor el círculo graduado de la mesa. b)
6) a) Fresado de paredes verticales con ayuda del soporte para eje principal. b) Fresado de superficies horizontales, verticales o inclinadas con cabezal universal.
a)
Movimiento de corte de la pieza: 9) a) Torneado exterior con plato universal o de ranuras. b) Torneado exterior con plato universal o de ranuras y contrapunto fijado en luneta. c) Torneado exterior. La pieza montada sobre la mesa, gira solidaria con la misma. Por ello, debe contemplarse que tanto el movimiento de trabajo, como el de avance se obtienen a través de la cadena de avances de la máquina, con lo cual no son de esperar grandes rendimientos.
b)
a)
7) a) Fresado con brazo soporte de fresado horizontal. b) Fresado horizontal con ayuda de barra de mandrinar.
b)
a)
c)
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Introducción a las máquinas herramientas Movimiento de avance: por desplazamiento axial de la herramienta o de la pieza. Movimiento de profundidad de pasada: por penetración radial de la herramienta o desplazamiento axial de la pieza.
una cornisa de la columna. Al ser una de las partes que más mecanismos lleva en su interior, el cabezal tiene un peso considerable, que para no perjudicar a la columna y forzar husillos se compensa con un contrapeso que se desplaza por el interior de la columna a la vez que se mueve el cabezal. cable
Bancada
contrapeso
guías
bancada
La bancada es la base de la máquina. Suele tener forma prismática, extraordinariamente nervada, en cuyos extremos monta: en uno la columna o montante, y en el opuesto la luneta (también conocida como riostra). En su parte superior se encuentran mecanizadas las guías donde asienta y por las que se desplaza el carro longitudinal, y cuando es necesario la luneta. Algunos modelos tienen guías separadas para la luneta, como en el torno. Algunas máquinas, especialmente si el recorrido del carro transversal es grande, suelen incorporar en los laterales de la bancada unas bases rectificadas (tipo carril) para que por ellas se deslicen los «patines» -suplementos que se incorporan en los extremos del carro transversal para evitar el cabeceo del mismo cuando la mesa se encuentra en algún extremo- a lo largo de todo el recorrido del carro longitudinal.
columna
En algunos modelos, los constructores colocan el cabezal centrado respecto a la columna porque proporciona mayor solidez al cabezal, pero necesita de otro diseño de columna, por ejemplo: montaje de guías delanteras y de aberturas longitudinales en la columna para que el husillo principal pueda moverse con libertad. Esta última forma constructiva es la habitual en la mayoría de mandrinadoras de columna móvil y, actualmente, se está implantando en los nuevos modelos, tanto de mandrinadoras como de centros de fresado. columna
En algunos modelos, la caja de avances y sus mecanismos, está montada en un alojamiento de la bancada.
Columna
cabezal
La columna o montante se asienta en un extremo de la bancada por donde queda fijada a ella.
Detalle cabezal centrado en columna. Juaristi.
La columna queda coronada por un «sombrerete» (tapa) que sirve de apoyo de la parte superior de los husillos de avances y transmisiones, así como del conjunto de poleas guía por donde pasa el cable o cadena que une el cabezal con el contrapeso de compensación que está situado dentro de la columna.
Cabezal Mandrinadora TS1. Juaristi.
En la cara anterior se encuentran mecanizadas las guías por donde se desliza el cabezal, de manera que éste queda como
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El cabezal es una caja compleja, donde -según los modelos- están instalados todos los mecanismos de la caja de velocidades, selectores de control manual o automático, inversores de giro y avance, husillo principal, etc. Algunos fabricantes prefieren que el motor no se encuentre en el cabe-
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Introducción a las máquinas herramientas zal, para aligerar el peso de éste -en algunos casos produce vibraciones- y lo montan en la bancada.
Con relación a este conjunto, el cuarto eje sería el de rotación de la mesa. Este movimiento es de mucha utilidad tanto para la alineación de las piezas sobre la mesa con referencia al eje de mecanizado, como para mecanizados en ángulo, así como -tal como se ha visto en los esquemas de los movimientos de corte- utilizarlo como divisor para poder tallar ruedas dentadas. En la mesa podemos observar las ranuras en T para situar los componentes para la sujeción y amarre de los accesorios y/o de las piezas.
Luneta Es un apoyo para la barra de mandrinar que se utiliza cuando ésta no puede trabajar al aire -en los anteriores esquemas de los movimientos de corte pueden verse algunas aplicaciones-. Naturalmente esta caja está completamente cerrada y la parte externa está dotada de todos los elementos necesarios para poder seleccionar velocidades y avances, poder visualizar los niveles de aceite, regular el recorrido del «barrón» del cabezal, etc.
Se apoya en la bancada, por la que puede desplazarse sobre las guías, por medio de un mecanismo piñón-cremallera -dependiendo de los modelos- accionado mediante un volante o una manivela.
Carros y mesa El conjunto de carros y mesa está formado por: z carro longitudinal, z carro transversal, z mesa. Tal como vemos en la imagen inferior y en los esquemas anteriores, el carro longitudinal es la base de todo el conjunto. Sobre él se montan el carro transversal y la mesa -habitualmente giratoria-. mesa
protectores guías
carro transversal
carro longitudinal
bancada
El carro longitudinal se desplaza sobre las guías de la bancada en ambos sentidos, por lo que, cuando el carro transversal se desplaza también en sus dos sentidos sobre las guías mecanizadas en la parte superior del longitudinal nos determina el área de trabajo -en plano- de la máquina. Si a esta área añadimos el movimiento vertical del cabezal, nos dará el cubo de trabajo de la mandrinadora.
Su punto principal es el cojinete de bronce donde se aloja la barra, que va montado en un carro que se desplaza sobre sus guías en sentido vertical -para poder alinear con el husillo principal- con otro dispositivo que habitualmente suele ser de husillo roscado-tuerca. También podemos encontrar accesorios que sustituyen a este cojinete con cajas de rodamientos capaces de soportar las cargas radiales y axiales que se producen en el mandrinado.
Mandrinadora horizontal de columna móvil Mesa de mandrinadora. Zeatz.
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Las mandrinadoras horizontales de columna móvil son máquinas concebidas -habitualmente- para el mecanizado de piezas de mediana y gran envergadura.
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Introducción a las máquinas herramientas Partiendo de esta premisa, al observar la imagen lateral nos será fácil entender el sentido de la mesa fija, y a su vez las dimensiones de la columna.
Mesa auxiliar giratoria. Bost.
De columna móvil con mesa cruzada En las máquinas de mesa fija (estática) los desplazamientos eran realizados por y desde la columna. Este otro tipo de mandrinadora combina los desplazamientos, de manera que:
Mandrinadora Shiees-Froriep de mesa fija y columna móvil (Cortesía de Sidenor S.A. - Reinosa).
z la columna se desplaza longitudinalmente, z el cabezal verticalmente en la columna y el husillo, longitudinalmente dentro del cabezal, z la mesa se desplaza transversalmente e incorpora el giro sobre su eje.
La estructura de las máquinas de mesa fija está basada en dos bloques: z columna-cabezal, con movimiento en los 3 ejes, z mesa estática independiente, capaz de soportar el peso de las piezas a mecanizar, y con los sistemas de anclaje adecuados para inmovilizar dichas piezas. Esta mesa tiene una cimentación especial independiente de la columna, y está perfectamente nivelada en toda su superficie.
Esquema de mandrinadora de columna móvil con mesa cruzada. Bost.
Esta arquitectura dota a estas mandrinadoras de una gran flexibilidad y, por consiguiente, de mucha maniobrabilidad a la hora de plantear procesos de mecanizado sobre piezas de mediana envergadura (5.000-8.000 kg), aunque actualmente ya se están construyendo para piezas de más tonelaje pero sin llegar al campo de las de mesa fija.
Columna móvil MP 150-205, RAM-Juaristi.
Cuando por necesidades del mecanizado, el recorrido del barrón no es suficiente para llegar hasta la cota determinada, en la mesa fija suele montarse una mesa auxiliar -en el sentido que se precise- para poder realizar la operación. Cierto es que, el peso que pueden soportar no es el mismo que la mesa fija. Estas mesas auxiliares actualmente tienen un grado de automatización considerable, lo que beneficia el manejo y posicionamiento de la pieza: orientación, giro, etc.
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Mandrinadora-fresadora WHN 110 Tos Varnsdorf.
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Introducción a las máquinas herramientas La evolución de este tipo de máquina ha conducido al diseño de un nuevo tipo, basado en la estructura de éste, pero haciendo intercambiable la mesa para cuando es necesario mecanizar una serie de piezas.
Debido a los requerimientos del mecanizado, en un lateral de la columna suelen tener instalado el almacén automatizado de herramientas. Esto convierte a este tipo de máquina en un centro horizontal de mecanizado, de medidas acorde con las de las piezas a mecanizar, aunque en algunos sectores y fabricantes prefieren denominarlo centro horizontal de mandrinado y fresado. El control de todo el proceso requiere algo más que CNC -que se encarga de los parámetros del mecanizado-, por lo que la gestión de tal automatización es mediante sistemas de autómatas programables. Cabe recordar que al igual que en otros tipos de máquina ya mencionados, también en las mandrinadoras, exceptuando -en general- las universales, actualmente son máquinas diseñadas a medida mediante sistemas modulares, de los cuales puede resultar una infinidad de combinaciones.
De columna móvil con mesas intercambiables Este tipo de máquina combina la estructura anterior con los sistemas modulares del diseño y construcción de maquinaria.
Mandrinadora horizontal de precisión Estas máquinas, de dimensiones reducidas comparadas con las anteriores, incorporan avanzadas técnicas de control dimensional que las hacen competentes para trabajos en pieza pequeña: utillaje para máquinas herramientas, piezas para el sector del automóvil y de electrodomésticos, etc. Una característica a destacar es que monta dos cabezales de mandrinado, pudiendo regular la distancia entre centros -dentro de sus límites-.
Centro horizontal de mandrinado y fresado, controlado por CNC. Juaristi.
En la imagen podemos observar cómo el cabezal es del tipo central (centrado en la columna) y la mesa cruzada, donde se incorporan una especie de muelles o estaciones en las que se encuentran instaladas mesas porta-piezas, que según el proceso de mecanizado se irán incorporando y quitando del anclaje de la mesa porta-mesas (principal). A este tipo de mesa intercambiable, en el argot suele denominarse «pallet».
Mandrinadora KMP-70 Kone Ind.
Mandrinadoras horizontales especiales Este tipo de máquinas son aplicaciones especiales para sectores muy concretos del mecanizado, en especial, talleres que su actividad principal es la del rectificado y reconstrucción de motores térmicos de explosión, y de los elementos de los que se componen. Ciertamente son mandrinadoras ya que realizan los procesos de mandrinado, y se consideran especiales porque están diseñadas y construidas para un tipo de pieza concreto (especializado); por tanto, no son universales.
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Introducción a las máquinas herramientas
Mandrinadora vertical para bloques AC 650. Berco. Mandrinadora de bielas AB 651. Berco.
En las imágenes anterior y posterior podemos ver algunos ejemplos: mandrinadora de bielas, mandrinadora horizontal para cojinetes de apoyo de bloques y culatas, mandrinadora lineal para bloques de motor, etc.
Mandrinadora vertical ACP 115-2/B. Berco. Mandrinadora lineal para bloques BC 5A. Berco.
Mandrinadora horizontal para cojinetes de apoyo de bloques y culatas. Berco.
Mandrinadora vertical reconstructora de asientos de válvulas. Berco.
Mandrinadora portátil Mandrinadoras verticales especiales Al igual que las horizontales, son aplicaciones especiales para sectores muy concretos del mecanizado. En las imágenes siguientes podemos ver las destinadas al mandrinado de bloques de cilindros.
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Esta máquina, aunque es polivalente en lo referente al sector del mecanizado donde puede utilizarse, suele usarse para trabajos que requieren poca precisión y, sobre todo, en reparaciones en las que desmontar la pieza a mecanizar supone una serie de inconvenientes de todo tipo: técnicos, económicos, logísticos, etc.
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Introducción a las máquinas herramientas Incorpora la posibilidad de recargar mediante soldadura el agujero dañado para poder mecanizarlo a la medida solicitada. En la siguiente imagen podemos ver un ejemplo de aplicación de esta máquina.
que no se pueden conseguir con otros procesos de mecanizado, que consiste en eliminar una cantidad de material -indistintamente sea duro o blando- mediante la acción de una herramienta abrasiva (muela). Al inicio de este capítulo, ya hacíamos referencia a ello: «allá por 1843, para sustituir las piedras de arenisca, en París se fabricó la primera muela artificial...». Por tanto, ya no nos sirve la antigua definición de la rectificadora que la contemplaba como una máquina para acabados muy finos, o para el mecanizado de materiales muy duros, puesto que con las actuales herramientas tanto de metal duro, cermet, cerámica, nitruro de boro cúbico, diamante o mediante procesos de electroerosión, etc., se pueden mecanizar materiales con durezas de 65HRC. Las rectificadoras tienen algunas características constructivas que las diferencian de otras máquinas herramientas:
Mandrinadora portátil mecanizando en el brazo de una máquina. Supercombinata.
Rectificadora Hasta no hace mucho tiempo, las rectificadoras eran consideradas máquinas de alta precisión. Actualmente podemos decir que hay tipos de rectificadoras de alta precisión, ya que hay máquinas herramientas que no son rectificadoras que las igualan en precisión. Para ajustarnos a la definición de rectificadora: «máquina empleada para rectificar en las medidas requeridas las piezas mecanizadas con otras máquinas herramientas», necesitamos saber a qué nos referimos cuando decimos rectificar.
a) Desproporción aparente entre el tamaño de la pieza a mecanizar y la máquina: Se necesita mucha solidez y estabilidad para evitar vibraciones y deformaciones, puesto que no permitirían cubrir las exigencias del rectificado. b) Sus órganos, tanto los transmisores de movimiento, como los móviles, están diseñados y construidos para las altas velocidades de funcionamiento, más que para los esfuerzos de corte: Los esfuerzos de corte en el rectificado suelen ser muy bajos, en muchos casos no llegan a los 9,81 N/cm2, por lo que se optimizan los elementos para reducir rozamientos y obtener mayor rendimiento, así como para evitar posibles traspasos de irregularidades geométricas de los ejes a la pieza mecanizada. c) La herramienta (muela) gira a velocidades superiores a cualquier otro tipo de máquina -exceptuando las de alta velocidad-.
Rectificadora cilíndrica universal G 51. Danobat.
Vistas las diferencias, clasificamos las rectificadoras en: El rectificado es una operación de acabado en piezas que requieren tolerancias exigentes: a) dimensionales: diametral, longitudinal o angular, b) geométricas: concentricidad, paralelismo, perpendicularidad, redondez, cilindricidad, de forma, etc., c) de acabado superficial: rugosidad, dirección del rayado, etc.
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Cilíndricas (la denominación correcta sería: para piezas de revolución)
{
exteriores
interiores
{ {
exteriores. universales sin centros especiales: roscas, etc. interiores univesales especiales: roscas, etc.
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Introducción a las máquinas herramientas
Para superficies planas
Especiales
{
mesa rectangular alternativa mesa circular giratoria especiales: bloques, culatas, etc.
{
husillo horizontal (tangencial) husillo vertical (frontal)
{
engranajes cigüeñales árboles de levas vertical para interiores
especiales
de bancada { guías de perfiles Rectificado de cigüeñales en rectificadora Multiform 750. Danobat.
Rectificado de roscas en rectificadora RER-CNC. Doimak.
Rectificadora sin centros 323 MV. Estarta.
Rectificadora cilíndrica de exteriores Las rectificadoras cilíndricas de exteriores son máquinas destinadas al rectificado de superficies de revolución exteriores, cilíndricas o cónicas y planas (refrentado).
Rectificadora de interiores 585 R-CNC. Danobat.
Rectificadora cilíndrica de alta precisión G-71-B2. Danobat.
Rectificadora tangencial E4 (husillo horizontal) Saim.
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Su aspecto y configuración recuerdan a un torno: «inicialmente para el rectificado de piezas cilíndricas se utilizaba el torno...», aunque les separan grandes diferencias constructivas y de funcionamiento.
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Introducción a las máquinas herramientas giro de la muela cabezal portamuela
pe
giro de la pieza
cabezal
ión
ac
tr ne
mesa av
an
ce
de
la
bancada me
sa
Movimientos de una rectificadora de mesa móvil.
Bancada
Se construyen dos tipos de rectificadoras cilíndricas de exteriores: a) de mesa móvil: las más utilizadas para piezas de longitud pequeña.
giro de la muela av
an
ce
giro de la pieza
de
lc
ab
Mesa
eza
l
ión
c tra
ne
pe
Como en todas las máquinas herramientas, recia, estable y bien nervada para soportar el resto de componentes y, en su interior, alojar todos los mecanismos de movimiento alternativo de la mesa o del cabezal portamuela, así como los de regulación de la penetración. Incorpora las guías para el desplazamiento longitudinal y transversal de los componentes, diseñadas y construidas con gran precisión, y los elementos necesarios para que el deslizamiento sea sumamente suave y uniforme.
b) de cabezal móvil: para piezas de mayor longitud.
Movimientos de una rectificadora de cabezal móvil.
En los esquemas podemos ver los distintos movimientos que se generan durante el proceso de rectificado, en ambos tipos. Éstos son:
Se monta sobre la bancada, y si es de mesa móvil sobre las guías dispuestas en la parte superior de la bancada donde también se encuentra un eje vertical que permite girar la mesa para el rectificado de conos. En un extremo de la mesa encontramos el cabezal, cuya función es la misma que la de un torno, aunque su estructura distinta. Monta un motor propio, que a través de una caja de velocidades dota de movimiento al husillo, en cuyo extremo dispone del elemento de amarre o centrado necesario, según las características de la pieza a rectificar. En el extremo opuesto se sitúa el contracabezal con su contrapunto, que cumple con las mismas funciones que en el torno. Para ajustarlo a la longitud de la pieza, se desplaza a lo largo de una guía (o guías, según el modelo) mecanizada en la mesa.
z de corte: generado por la rotación de la muela y de la pieza en el mismo sentido, con un diferencial de velocidad (más velocidad de la muela con relación a la pieza).
Cabezal portamuela
z de avance: por el desplazamiento alternativo de la pieza en las de mesa móvil, o del cabezal en las de cabezal móvil. Cuando se trabaja por penetración radial (plongée), este movimiento no se ejecuta.
Situado sobre su carro, a través de cuyos mecanismos dispuestos para ello, se acerca o aleja de la pieza a mecanizar; según los tipos y modelos, este carro se encuentra fijo sobre la bancada si la máquina es de mesa móvil, o bien sobre las guías longitudinales de la bancada, si se trata de cabezal móvil.
z de penetración: por el desplazamiento transversal del cabezal hacia la pieza. En la siguiente imagen observamos los principales componentes de este tipo de rectificadoras.
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contrapunto
Su eje de rotación es paralelo al de la mesa, donde se encuentra montada la muela que recibe el movimiento del motor a través de una caja de velocidades. Actualmente estas cajas de velocidades se están sustituyendo por variadores electrónicos de velocidad.
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Introducción a las máquinas herramientas
Rectificadora cilíndrica de interiores
En la práctica del rectificado, encontramos algún inconveniente en relación con el rectificado exterior:
Las rectificadoras cilíndricas para interiores desarrollan su cometido en el rectificado de superficies de revolución interiores, cilíndricas o cónicas, y también para las partes frontales exteriores de las piezas. Al igual que la de exteriores, se fabrican dos tipos: cabezal móvil o mesa móvil.
z Falta de visibilidad directa. z Superior fragilidad de la muela. z Dificultad en la refrigeración de la zona mecanizada. giro de la pieza
pe
ión
ac
tr ne
giro de la muela
Aunque el fundamento es básicamente igual, de entrada existen algunas diferencias a tener en cuenta: z En el rectificado exterior, muela y pieza giran en el mismo sentido, en el rectificado interior, en sentido contrario. z La herramienta (muela) tiene una forma distinta y, consecuentemente, la forma de sujeción al husillo del cabezal varía. z Las velocidades de giro suelen ser superiores a las utilizadas en el rectificado exterior. z Los sistemas de amarre y sujeción de la pieza suelen ser variados, por ejemplo: platos especiales para la sujeción de ruedas dentadas por el diámetro primitivo para poder asegurar la concentricidad del agujero rectificado -importantísimo para el buen funcionamiento del engranaje-. z Necesidad de salida fácil de la muela por ambos lados. Si el agujero es pasante con 5 mm es suficiente, si no, debe pensarse en una ranura interior de desahogo para este cometido.
av an cab ce d eza el l
Movimientos de una rectificadora de cabezal móvil.
Vertical de interiores Las rectificadoras verticales de interiores constituyen una variante de este grupo.
giro de la pieza
Rectificadora vertical de interiores MYL.
tra
ne
pe
n ció
giro de la muela
av
an
ce
de
la
me
sa
Movimientos de una rectificadora de mesa móvil.
Los movimientos que se generan en el proceso de rectificado son de la misma índole que en el rectificado exterior, tal como podemos ver en los esquemas.
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Son adecuadas para el rectificado de cilindros pequeños. Los movimientos que desarrolla en el rectificado son: z corte: igual que en la horizontal, z avance: lo ejecuta la muela, a través del husillo que sube y baja -generalmente automatizado con sistema hidráulico o parecido-, z penetración: se logra por el desplazamiento del cabezal portamuela.
Rectificadora cilíndrica universal La rectificadora cilíndrica universal es el resultado de la fusión de las rectificadoras cilíndricas de exteriores e interio-
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Introducción a las máquinas herramientas res. Por ello, pueden rectificar superficies de revolución de generatrices rectas o curvas, exteriores e interiores, así como de las frontales que las delimitan.
Este compendio de posibilidades las dota de una gran flexibilidad en el rectificado, por lo que son idóneas para los talleres de reparación y/o pequeñas series.
En sentido longitudinal lleva las guías para la mesa, habitualmente de forma prismática en V. En sentido transversal, o sea, perpendiculares a las de la mesa se encuentran las que utilizan el carro del cabezal portamuela para su desplazamiento.
En su interior, al igual que pasaba con los otros tipos ya descritos, se alojan todos los mecanismos necesarios para el movimiento alternativo de la mesa, etc. Algunos modelos suelen incorporar también la central óleo-hidráulica y todo el sistema de refrigeración: depósito, bomba, filtros, etc.
Mesa Está formada por dos partes: la inferior, lleva mecanizadas las guías que encajan con las de la bancada; y la superior, que puede pivotar en el plano horizontal sobre un eje dispuesto para ello, tiene mecanizadas las guías de alojamiento y alineación del cabezal porta-piezas y del contracabezal. También en esta guía suele montarse el dispositivo para el control permanente de medida, tal como vemos en la imagen inferior. Las características constructivas de este tipo de máquina, al igual que sus predecesoras, responden a las dos exigencias fundamentales: precisión y buena relación robustez/amortiguación. Veamos por encima alguna de ellas.
El desplazamiento angular de la mesa (para el mecanizado de conos) puede controlarse mediante un limbo graduado, por comparador, con bloques patrón o mediante CNC.
Bancada Suele tener forma de T, ya que la disposición de los órganos que se montan para desarrollar el rectificado, así lo requieren.
Cabezal porta-piezas Habitualmente montado en un extremo de la mesa, es un órgano autónomo que proporciona el movimiento de rotación necesario a las piezas para su rectificado.
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Introducción a las máquinas herramientas
Generalmente consta de dos partes -según los modelos, en otros solamente es el cabezal porta-muela el que se inclina-: z una base, que en su parte inferior se acopla a las guías de la mesa -para poder deslizarse por encima de ella- y en su parte superior el acoplamiento del cabezal para que éste pueda orientarse. z el cabezal propiamente dicho, que a su vez lo podemos dividir en dos partes:
El carro superior aloja fijamente el cabezal portamuelas y los soportes del sistema de transmisión del movimiento (motor, variador, caja de velocidades, etc.), de manera que al girar sobre su base, también gira el cabezal. La calidad del rectificado dependerá en un porcentaje bastante elevado de la precisión de giro del husillo porta-muelas, que al igual que su homólogo porta piezas va montado sobre rodamientos de gran precisión -antiguamente y en algunos casos todavía, sobre cojinetes de bronce ajustables-, y del perfecto equilibrado de la muela, firmemente sujeta en su extremo.
− husillo principal, − grupo motor.
El husillo principal gira con gran precisión, montado sobre rodamientos especiales de doble efecto, ajustables para la corrección de juegos radiales y axiales. En la parte anterior se encuentra un alojamiento cónico para que pueda asentarse el utillaje adecuado: plato universal, liso, magnético, etc., así como alojar en su interior -ya que está perforado- un punto fijo para el rectificado entre puntos. En la parte posterior es por donde recibe el movimiento desde el motor -eléctrico, hidrodinámico, etc.- ya sea por medio de correas, variador electrónico de velocidad, etc., pero siempre procurando que la carga de la transmisión no vaya directamente sobre el husillo.
Cabezal portamuelas El cabezal portamuelas está instalado sobre dos carros transversales, en la zona que forma la T. El primero se desplaza sobre las guías de la bancada accionado por un mecanismo para garantizar la posición correcta, habitualmente con una tolerancia de 0,001 mm. En su parte superior lleva el alojamiento -en forma de plataforma- sobre la que pueda girar el carro superior.
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Según cada fabricante y modelo, en la parte superior frontal se encuentra el dispositivo para el rectificado de interiores, fijado mediante un sistema articulado que permite retirarlo cuando no se utiliza. En algunos casos se transmite el movimiento desde el motor mediante un sistema de polea-correa, en otros lleva motor propio, etc. Este dispositivo puede parecer secundario, pero no lo es, ya que tiene que estar muy bien calculado y diseñado para soportar con gran precisión las velocidades de giro en régimen de trabajo (suelen alcanzarse las 50.000 min-1.). Suele estar compuesto por una carcasa (cilíndrica o no) que en su interior lleva el alojamiento de los rodamientos (por ejemplo: de contacto angular), sobre los que gira el eje. Este eje, que sobresale por los dos extremos, en uno lleva el sistema con el que sujetar la muela y, por el otro, recibe el movimiento.
Sistema de refrigeración y recuperación del refrigerante Al igual que en la mayoría de las operaciones de mecanizado, en el rectificado, el uso del refrigerante adecuado es una buena base para realizar un trabajo en condiciones y calidad óptimas.
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Introducción a las máquinas herramientas Tanto por razones económicas como ecológicas, es importante recuperar al máximo el líquido refrigerante, por lo que las máquinas están provistas de un sistema en circuito cerrado, dotado de un grupo filtrador-separador.
de materiales -siempre utilizando la muela adecuada- como: corcho, cristal, madera, goma, aluminio, plásticos, aceros aleados o no, con tratamiento térmico o sin él, etc. sin el inconveniente de la flexión ni deformación por presiones axiales.
El refrigerante que sale por la/s boquilla/s situadas en la zona de trabajo, se recoge y canaliza hacia el grupo de filtrado mediante las ranuras de la mesa. Este líquido lleva en suspensión las pequeñas partículas metálicas resultantes de la acción del rectificado, además de una especie de barro resultante de los granos abrasivos de la muela y sus aglomerantes.
En el esquema inferior podemos contrastar algunas variaciones del sistema de rectificado sin centros con relación a los principios del rectificado en la rectificadora de exteriores, universal o entre puntos. muela reguladora pieza a rectificar muela rectificadora
soporte porta-reglas
El sistema más usual para filtrar y volver a bombear -para su uso- este líquido, es un sistema mixto de separación magnética y filtrado por tejido para las partículas no magnéticas.
Rectificadora cilíndrica sin centros En la producción de piezas nos podemos encontrar con un sinfín de variedades: formas, materiales, etc., y muchas de ellas, por su tamaño o por su forma, son problemáticas para rectificarlas por medios convencionales: sea por dificultad en el amarre o centrado, por falta de espacio para entrar con la muela, por sus medidas o, porque no es rentable rectificarlas en las máquinas de exteriores vistas hasta ahora.
regla de apoyo
Los elementos principales de una máquina rectificadora sin centros, son: z muela rectificadora, z muela reguladora, z regla de apoyo de la pieza. Estos elementos pueden estar preparados y combinados de muy distintas formas, pero el principio del rectificado es el mismo.
Actualmente, con las máquinas de rectificar sin centros se consigue rectificar piezas con tolerancias de redondez ajustadas en diezmilésimas de milímetro (0,0001 mm) y acabados superficiales inferiores a 0,1 µm (Ra).
Rectificadora sin centros R-608. Seny.
El principio fundamental del sistema de rectificado sin centros es de: generar superficies cilíndricas de revolución sin necesidad de puntos de centrado. Rectificadora 305 MV Estarta.
En cuanto a la capacidad en medidas de las piezas a rectificar, es posible mecanizar piezas desde Ø0,1 mm hasta Ø250 mm, aunque las normales en el mercado suelen empezar en Ø1,5 mm. Además, permite el mecanizado de una gran variedad
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Para ello, estas máquinas emplean dos muelas de ejes paralelos y acción tangencial enfrentada, y una regla de apoyo biselada: z la de mayor diámetro: abrasiva, que es la rectificadora, z la de diámetro menor: reguladora, que actúa como conductora.
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Para evitar este problema, la pieza se sitúa por encima de la línea de centros, de manera que cualquier saliente de la misma no provoca el esmerilado en el punto diametralmente opuesto, ya que la zona de trabajo actual está mucho más baja, pero sí, dicho saliente será eliminado al pasar por la zona de esmerilado.
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Central de engrase
Armario eléctrico
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Cortesía de ESTARTA RECTIFICADORA, S. COOP. 1
Diamantador de la muela rectificadora.
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Cabezal de la muela rectificadora.
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Muela rectificadora.
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Muela reguladora.
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Diamantador de la muela reguladora.
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Cabezal de la muela reguladora.
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Carro del cabezal de la muela reguladora.
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Accionamiento del carro del cabezal de la muela reguladora.
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Bancada.
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Porta reglas y regla de apoyo.
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Cuadro de mandos.
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Accionamiento del cabezal de la muela rectificadora.
El funcionamiento es el siguiente: Si la pieza a rectificar está situada en tal posición que su centro está alineado con el de la muela rectificadora y con el de la muela reguladora (figura inferior), es fácil comprender que su diámetro podría ser igual a la distancia mínima entre muelas. Pero, dadas estas condiciones, cualquier protuberancia en un extremo provoca una depresión en el otro, ya que la pieza es empujada contra la muela rectificadora, lo que desemboca en cilindro poligonal.
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Cuando una depresión toca la muela reguladora o la regla de apoyo, provoca un descenso instantáneo de la pieza hacia la parte más estrecha del canal y las elevaciones son eliminadas por la muela rectificadora. Por tanto, con este sube y baja de la pieza, se consigue su autocilindrado, cuyo ritmo dependerá de los factores de corte.
Sin superar ciertos valores ya controlados, cuanto mayor es la velocidad periférica de la pieza, y mayor su elevación, más rápidamente se autocilindra. Existen varios sistemas de rectificado para estas máquinas, pero los fundamentales son: z rectificado en pasante (a través, en enfilada...), z rectificado de penetración (plongée). Durante el proceso de rectificado, sea cual sea el sistema, toda la longitud rectificada de la pieza está firmemente sujeta entre la muela reguladora y la regla de apoyo, por la acción de la fuerza de corte. Por tanto, no existe flexión de ningún tipo incluso en trabajos de desbaste. La rectificadora sin centros presenta una gran versatilidad, lo que la hace muy interesante tanto para pequeñas como para grandes series, debido a que los tiempos improductivos son excepcionalmente reducidos; por ejemplo cuando está trabajando a través, es un proceso continuo, sin interrupción. Aunque menos conocido, también existen dispositivos para el rectificado interior en este tipo de máquina.
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Rectificadora de cigüeñales Las rectificadoras de cigüeñales, básicamente son rectificadoras de muñequillas de cigüeñales. Para desarrollar su cometido, están dotadas de una serie de elementos característicos que las diferencia del resto: a) Los elementos de centrado y amarre (platos de garras, puntos) de los extremos de los cigüeñales, están montados sobre soportes especiales que incorporan mecanismos para poder desplazarse en dos ejes ortogonales, a fin de poder alinear los ejes de rotación de las muñequillas descentradas con el eje de rotación de la máquina. Estos desplazamientos se controlan mediante reglas graduadas con nonio -según los modelos- o mediante control digital en un visualizador de cotas, para poder igualar la posición de los soportes en ambos extremos.
Rectificadora para árboles de levas RAC 1500. Berco.
b) Tanto el eje del cabezal, como el del contracabezal, están provistos de contrapesos desplazables para poder compensar el balanceo producido por el peso desplazado del cigüeñal cuando está en posición descentrada. Actualmente podemos encontrarnos con máquinas que automáticamente contrapesan y seguidamente desplazan los contrapesos.
Rectificadora RLE 800. Doimak.
Actualmente, en la mayoría de estas máquinas su funcionamiento está controlado por CNC, lo que facilita enormemente su preparación y ajuste, así como su facilidad en guardar la información de los parámetros de cada una de las levas, etc. Al igual que las rectificadoras de cigüeñales, estas máquinas suelen formar parte de los talleres que se dedican al rectificado y reconstrucción de motores. Rectificadora de cigüeñales RTM 225A/1275. Berco.
Los cursos de las carreras de movimiento alternativo de la mesa son muy cortos, pero necesitan ser precisos. Por ello es importante que la máquina disponga de un buen sistema de finales de carrera graduables con buenos topes. Si la máquina está controlada mediante CNC, está función ya está incorporada en los parámetros del ciclo.
Árbol de levas.
Sin duda, la principal aplicación de estas máquinas es el rectificado de los cigüeñales de motores de explosión, pero al estar dotadas de movimiento automático de la mesa, en un momento determinado también pueden ser utilizadas como rectificadoras cilíndricas de exteriores.
Rectificadora de árboles de levas y óvalos Estas son, también, una derivación de las rectificadoras cilíndricas de exteriores. Las de diseño mecánico incorporan un dispositivo copiador automático que, siguiendo el perfil original de la leva hace avanzar o retroceder al cabezal portamuela en cada posición. Para este tipo de máquina, suelen construirse en la misma las plantillas que posteriormente servirán para el rectificado.
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Detalle del rectificado de un árbol de levas. Doimak.
Rectificadora de roscas La rectificadora de roscas es una máquina bastante exclusiva, en el sentido que suele utilizarse para el rectificado de tor-
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Introducción a las máquinas herramientas nillos destinados a formar parte de los micrómetros, husillos de máquinas o dispositivos de precisión, calibres de límites (pasa-no pasa) para producción, etc., así como todas las herramientas para tallar roscas: machos, terrajas, peines, etc., y también las fresas madre destinadas al tallado de ruedas dentadas.
Tal como nos muestra el esquema, vemos la inclinación del cabezal (α) correspondiente al ángulo de la hélice media de la rosca. Al ser este procedimiento el más exacto, se destina al rectificado de mucha precisión. También se utiliza cuando el paso de la rosca a rectificar es muy rápido (grande); por ejemplo: tornillos con paso modular, con perfiles trapeciales, de diente de sierra, etc.
Rectificado de una rosca en rectificadora RER-CNC. Doimak.
Existen varios procedimientos para el rectificado de roscas, y en función de ellos, la máquina tendrá las características para poder realizarlo, aunque muchas de ellas recuerdan la rectificadora cilíndrica universal, puesto que su arquitectura es muy parecida. El rectificado de roscas se realiza en roscas exteriores e interiores, y, en ambos casos se utilizan dos tipos de muela: simple o múltiple. En la imagen podemos observar un proceso de rectificado de una rosca interior con muela sencilla. Al igual que en el rectificado de una rosca exterior, observamos la inclinación del husillo portamuela para mantener el ángulo de la hélice. Esta operación es algo más delicada que la exterior, puesto que las muelas son más pequeñas y su desgaste más rápido, por tanto, pierden el perfil antes, lo que en términos de rendimiento podríamos convenir que es mucho más bajo. Rectificado de una rosca exterior.
En la imagen anterior podemos observar un proceso de rectificado de una rosca exterior con muela sencilla.
Rectificado de una rosca con muela múltiple.
avance
Rectificadora de roscas Rutas 1000 CNC. Doimak.
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Introducción a las máquinas herramientas Cuando se rectifica con muela múltiple, podemos decir que es una muela de múltiples filetes, por lo que se comporta como un peine de roscado: los primeros filetes realizan la función del desbaste y, los siguientes, el acabado. Su rendimiento es superior al de muela simple y más adecuado para interiores.
Según el tipo de rueda dentada a rectificar, varía la concepción de la máquina y consecuentemente el sistema de rectificado. Actualmente las nuevas rectificadoras se construyen de manera que puedan actuar sobre la mayoría de los tipos y gobernadas por CNC que las dota de una gran flexibilidad en el parametraje. Rectificado con muela múltiple.
En este procedimiento existe la variante del roscado por penetración radial.
Rectificadora de ruedas dentadas REN 350-CNC. Doimak.
Rectificado con muela múltiple por penetración radial.
Ciertamente, todavía hay tipos de ruedas dentadas que requieren de máquinas especializadas: cónicos con dentado espiral, tipo Gleason, tipo Oerlikon o tipo Klingelnberg, también controladas mediante CNC.
Dentado cónico espiral Gleason. Rectificado de una fresa madre.
Normalmente estas máquinas equipan dispositivos para el rectificado de roscas cónicas y para el destalonado, este último de gran utilidad para machos, terrajas, fresas, etc.
Rectificadoras de ruedas dentadas (engranajes) El rectificado de ruedas dentadas es un mundo complejo y fascinante a la vez. El principal objetivo de estas máquinas es: lograr la máxima perfección posible en el perfil real de los dientes y una excepcional calidad en el acabado; de esta manera se aumentan las prestaciones de una transmisión tanto en el ámbito de ruidos, como de velocidad, potencia, etc.
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Rectificado de un dentado cónico espiral tipo Klingelnberg.
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Rectificado con muela de forma intradiente (dentado exterior).
Con muela de forma sinfín: z Sistema Reishauer, donde la muela actúa como una fresa madre, por lo que también se incluye en el rectificado por generación. Rectificado de un dentado helicoidal exterior. Klingelnberg.
Rectificado con muela de forma intradiente (dentado interior).
El rectificado de dientes interiores suele hacerse con muelas de forma del intradiente interior. Estas muelas van montadas en los dispositivos (brazos) para el rectificado interior que incorporan las máquinas.
Rectificado de un dentado helicoidal interior. Klingelnberg.
Las rectificadoras de engranajes, tal como ya se ha dicho, utilizan distintos sistemas para el rectificado, y cada sistema tiene sus características propias, que se reflejan en el desarrollo de las máquinas y su forma de trabajar. Exceptuando los casos del rectificado de ruedas cónicas con dentado espiral, una clasificación general de estas máquinas sería:
La mayoría de las rectificadoras incorporan un dispositivo para el perfilado de la muela. Este dispositivo es el encargado de corregir los defectos de forma y medida que se producen, consecuencia del proceso de rectificado. Las muelas que menores desgastes sufren son las de tipo sinfín, por lo que requieren menos correcciones. El rectificado de tornillos sinfín -que también se suele interpretar como de roscas-, es otro de los trabajos característicos de las rectificadoras de ruedas dentadas, dado que se nos presentan distintas variedades:
Por generación:
z tornillos sinfín cilíndricos, z tornillos sinfín globoides.
z Sistema Maag, con muelas de plato. z Sistema Niles, con una sola muela bicónica.
Y según el perfil de su dentado: z helicoide, z axial rectilíneo, z trapezoidal.
Rectificado por generación.
Con muela de forma: z Sistema Sfedr, con muela de forma para un solo flanco. z Sistema Orcutt, con muela de forma intradiente.
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Rectificado de un dentado recto con muela sinfín.
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Rectificadora plana tangencial En las rectificadoras de superficies planas, al igual que la mayoría de máquinas de fabricación mecánica, se han ido acoplando todas las innovaciones tecnológicas que iban surgiendo, por lo que, de una clasificación básica se ha pasado a una gran variedad de posibilidades y combinaciones en cada uno de los apartados. La rectificadora plana tangencial debe su denominación a la forma que tiene la muela de contactar con la pieza a rectificar: contacto tangencial de la periferia de una muela cilíndrica dispuesta en eje horizontal.
Rectificado de un dentado recto exterior. Höfler.
Rectificadora de superficies planas de eje horizontal (tangencial) RT-1200. Danobat.
En el esquema siguiente se puede observar la estructura de una de estas máquinas. Los movimientos de trabajo son: Rectificado de cremalleras rectas. Höfler.
z movimiento de corte: por giro de la muela y desplazamiento longitudinal (X), o circular (B) si la mesa es redonda, de la pieza,
Cada uno de estos perfiles, requiere un tipo de muela. Esto es:
z movimiento de avance: por desplazamiento transversal de la pieza (Z),
z filete helicoide: con muela de plato,
z movimiento de penetración: por desplazamiento vertical de la muela (Y).
z filete axial rectilíneo: muela bicónica, z filete trapezoidal: con muela especial de vaso, o con la periferia de una muela de gran diámetro.
columna
rectificador de muela
Cabe recordar que no hay que confundir el rectificado con el afeitado de ruedas dentadas; es otro procedimiento distinto. muela cabezal mesa plato magnético
depósito refrigerante
bancada carro transversal
Rectificadora de tornillos sinfín y fresas madre S31. Klingelnberg.
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Rectificadora con desplazamiento transversal de la mesa (Precimat–Blohm).
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Introducción a las máquinas herramientas Existe otro movimiento auxiliar, que no por ello menos importante, que es el de rectificado de la muela (V) -también se le denomina diamantado- para que trabaje en perfectas condiciones. Exceptuando casos puntuales, las piezas no se sujetan directamente a la mesa, sino que son afianzadas por su superficie de referencia mediante la acción de los imanes del plato magnético. De esta manera se evita todo tipo de deformaciones, tanto de la mesa como de la pieza, por exceso de apriete, mal asiento de la pieza, etc. Es importante, que después del rectificado, las piezas que se han sujetado con plato magnético se pasen por un desimantador para eliminar el remanente magnético, entre otras razones, porque atraen las virutas mecánicas.
Los dispositivos para la regulación de velocidades de giro, avances de la mesa o cabezal, recorridos, etc. que se utilizan actualmente en las rectificadoras es muy variado, por lo que nos podemos encontrar con máquinas prácticamente manuales, hasta máquinas totalmente automatizadas, con servomotores, etc. controladas por CNC. Cuando el trabajo que se va a realizar no es unitario, por tanto, se realizará en más de una pieza (serie), la forma y disposición de la mesa requiere que se ajuste a las necesidades de la producción. Eso nos lleva a construcciones con mesas redondas, cuadradas, con doble mesa giratoria, etc.
Según las formas constructivas, el movimiento de avance unas veces lo ejecuta la pieza, y otras la muela (columna con el cabezal). La forma y disposición de la mesa son un factor importante en la manera que se ejecuta este movimiento.
Rectificado sobre mesa redonda, con movimiento giratorio.
La tendencia en estas máquinas -al igual que en el restoson las construcciones modulares, que desembocan en centros de rectificado con multitud de combinaciones, tanto de mesas, como de cabezales, muelas, etc.
Rectificadora con desplazamiento transversal del cabezal (Planomat–Blohm).
En los esquemas podemos observar la diferencia referente al desplazamiento transversal de la mesa o del cabezal, así como de mesa fija y todos los movimientos realizados por la columna.
Rectificadora con desplazamiento longitudinal y transversal del cabezal, con mesa cuadrada (Profimat–Blohm).
Rectificadora plana frontal Rectificadora con desplazamiento transversal del cabezal y mesa giratoria (Planomat TT–Blohm).
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Cuando el eje de rotación de la muela está en posición vertical, a la rectificadora se la denomina frontal porque la parte que actúa sobre la pieza a rectificar es la frontal de la muela.
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Introducción a las máquinas herramientas fundición- trabajando con la muela de segmentos, y al planeado de culatas -de aluminio- con la herramienta de metal duro.
Rectificadora frontal de superficies planas L 750-3000, con muela de vaso de segmentos (Mekanikalan Mondragón).
Por esta razón, este tipo de rectificadora utiliza una muela distinta que la tangencial: la primera utiliza una muela de disco, en cambio ésta utiliza una muela de vaso ya sea enteriza o de segmentos. Con este tipo de máquina nos encontramos con los mismos movimientos de trabajo, y las mismas combinaciones que con la tangencial, pero además hay que añadir otro tipo: de cabezal oscilante o pendular. En las rectificadoras de cabezal oscilante, la pieza no tiene ningún movimiento, permanece fijada en la mesa o en los soportes auxiliares de la bancada, cuando no directamente sobre ella. Es el cabezal quien, al pivotar alrededor de la columna, movido manualmente por el operario, efectúa el movimiento de avance, además de los propios de corte y penetración. Vista la estructura, entenderemos que ésta es una máquina de poca precisión, diseñada más para trabajos de planeado que de rectificado. columna
Rectificadora frontal de superficies planas 2MC-75-800, con dos mesas circulares giratorias (Mekanikalan Mondragón).
Rectificadora de guías de bancada Este tipo de rectificadora está concebido con una gran versatilidad, de manera que pueda rectificar cualquier tipo de guía. Combinada con extraordinaria rigidez, monta en un pórtico los distintos cabezales, tangenciales o frontales, necesarios para el rectificado de las formas. Cabe considerar la robustez y precisión necesarias para poder materializar con efectividad y calidad el rectificado, considerando que de los elementos a rectificar, dependerá en buena medida la precisión de la máquina que incorpore estas guías.
pieza muela
bancada
Rectificadora de guías de bancada RGD-RGT-Danobat.
Rectificadora de perfiles Rectificadora frontal de cabezal oscilante.
Es habitual encontrarnos con máquinas de este tipo que llevan muelas de segmentos, y entre dos de estos segmentos incorporan una herramienta con punta de metal duro extraíble a voluntad, y un sistema automatizado de avance mediante un reductor. Están destinadas al planeado de bloques de motor -de
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Las máquinas que habitualmente se conocen como rectificadoras de perfiles, son una variación de las rectificadoras planas tangenciales. Esta variación puede estar compuesta de distintas posibilidades: la más generalizada es la incorporación de un cabezal universal que permite ser orientado en todas las direcciones, que suele acompañarse también de la posibilidad de orientación de la mesa. Algunos modelos recuerdan las fresadoras de torreta.
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Rectificadoras especiales Además de las enumeradas hasta ahora, las que podemos considerar normales, existe un sinfín de variedades especiales: planetarias, de cubos de rueda, de válvulas, alta velocidad por contorneado, etc., siendo algunas de ellas variaciones del estándar. En algunos casos, también podemos encontrarnos que las afiladoras universales son utilizadas como rectificadoras de perfiles de piezas pequeñas, y en ocasiones así se las considera.
Rectificadora de doble cara Este tipo de rectificadora es un diseño muy apropiado para el rectificado de caras paralelas, por ejemplo: discos de freno de automóviles. Existen diversos sistemas, por lo que podemos encontrarnos con varias formas constructivas. En el esquema inferior podemos observar el rectificado de las caras paralelas de un disco de freno, mediante el sistema que utiliza el fabricante alemán Junker.
Centro de mecanizado El centro de mecanizado, por definición, debería ser: la máquina herramienta más completa, capaz de realizar automáticamente el trabajo de varias máquinas convencionales: torno, fresadora, mandrinadora, taladradora, etc., en el orden que exija el proceso de mecanizado, sin mover la pieza de su posición inicial en la mesa o dispositivo de la máquina y, sin que -en régimen normal- intervenga el operario ni tan siquiera para cambiar las herramientas.
Rectificadora de doble muela Saturn H-Junker.
Sin embargo, existen otros constructores que utilizan sistemas donde el giro de las muelas es contrario entre sí. Éste sería el caso que podemos ver en los siguientes esquemas:
Rectificado con doble muela, de giro contrario. Diskus Werke.
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Centro de mecanizado Waldrïch-Coburg (Cortesía de Sidenor S.A.-Reinosa).
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Introducción a las máquinas herramientas Si tomamos como referencia esta definición, rápidamente entenderemos que todas estas acciones sólo se pueden controlar y ejecutar eficazmente con un sistema de CNC, y además tal máquina debe estar dotada de un «almacén» de herramientas con un sistema de cambio automático a medida que el proceso requiera de una u otra. Por tanto, cada herramienta necesitará de una velocidad de corte adecuada para ejecutar su proceso de mecanizado en condiciones óptimas, lo que nos conduce a: que el sistema de trasmisión de velocidades y avances de esta máquina, debe tener la suficiente potencia, precisión tanto en el giro como en los desplazamientos lineales, buen equilibrio rigidez/tenacidad en su estructura para evitar generar y transmitir vibraciones, así como de un buen diseño para la evacuación del calor de sus órganos móviles, generado por el rozamiento durante los procesos de trabajo.
Centro de mecanizado con eje horizontal Mega 150. Cincinnati.
En esta primera clasificación, podemos encontrarnos con una gran variedad de modelos, por lo que es conveniente conocer:
Centro de mecanizado con eje vertical, de columna móvil ZV55 - Ibarmia.
z el volumen y peso de la pieza más grande que se puede mecanizar en él, z los recorridos máximos de los ejes (principalmente los primarios X, Y, Z), z potencia de los motores y gama de velocidades y avances disponibles, z capacidad del almacén y velocidad del cambiador automático de herramientas (ATC).
Si además, no movemos la pieza de su posición inicial, necesitaremos -como mínimo- otros 2 ejes (además de X, Y, Z) que nos permitan el giro de la pieza en sus ejes horizontal y vertical; lo que supone el control de 5 ejes. Sin entrar en más profundidades, y observando el sentido de la definición de centro de mecanizado, nos encontramos frente a la «máquina completa». Lo cierto es que actualmente, este tipo de máquina todavía no existe al 100%, pero a las disponibles poco les falta, como veremos más adelante. Los actuales centros de mecanizado estándar se distribuyen en:
Centro de mecanizado universal sobre eje M150. WFL-Millturn Technologies.
z Horizontales: − columna fija, − columna móvil. z Verticales: − columna fija, − columna móvil. z Universales: − sobre mesa, − sobre eje. z Especiales: según las necesidades de producción, forma de las piezas a mecanizar, peso, etc.
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Cambio de herramienta en centro de mecanizado de eje vertical. Sigma Ekkon.
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Introducción a las máquinas herramientas Vistos los primeros planteamientos, y dada la complejidad de cada tipo de máquina, cuando se requiere el mecanizado de piezas muy complicadas, no por volumen o forma, sino por cantidad y variedad de operaciones, se suele recurrir a las células de fabricación flexibles, que se componen de las máquinas necesarias para ejecutar la producción estipuladas, y que incorporan uno o más robots, almacenes y alimentadores de piezas, estaciones de verificación, etc.
En las imágenes podemos ver algunos de estos componentes, así como la disposición del husillo principal de dos tipos de centros de mecanizado.
columna
Como ejemplo, diremos que una célula de fabricación flexible básica está formada por: z máquina/s para generar superficies de revolución: torno o centro de torneado. z máquina/s para mecanizado de superficies planas: fresadora, centro de fresado o centro de mecanizado. z máquina/s para el acabado: rectificadoras universales, planas, etc. z elemento/s para el intercambio automático de piezas: robot, brazo intercambiador, almacén automatizado, etc.
motor movimiento vertical del cabezal
husillo principal
cabezal
acoplamientos mesa intercambiable
En los centros de mecanizado, al igual que en los ordenadores, cabe distinguir dos tipos de componentes: z Máquina (hard): − bancada, − columna, − cabezal con el husillo principal, − mesa de trabajo, − almacén de herramientas, − cambiador automático de herramientas (ATC), − sistema de engrase automático, − sistema de refrigeración. z Control (soft): − sistema CNC: − parámetros del mecanizado, − control ejes, − control servomotores, − sistema cambiador automático de herramientas.
cabezal
almacén de herramientas
bancada
bancada guías carro portamesa
carro portamesa
Estructura de un centro de mecanizado de eje horizontal HU63A. Mitsui Seiki.
Bancada La bancada es de una pieza, rígida y bien nervada. Suele estar construida de fundición meehanítica de grano fino, que absorbe muy bien las vibraciones y permanece estable en condiciones duras de corte. La distribución de los puntos de apoyo de la bancada es un factor importante en cuanto a la estabilidad del conjunto. Cada fabricante establece su sistema, pero siempre relacionado con los 3 puntos (plano perfecto geométricamente). Dependiendo de si es un centro con eje horizontal o con eje vertical, la forma de la bancada será distinta, en unos casos tendrá una forma parecida a la de la imagen anterior, en otros diferirá completamente.
husillo
mesa
panel CNC
Centro de mecanizado de eje vertical, de alta velocidad GVC 1000HS. Lagun.
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Centro de mecanizado para trabajo con barra S100M. Hermle. Estructura de un centro de mecanizado de eje vertical ACE-VC500. Daewoo Heavy Industries.
Columna Tanto si el centro es de eje horizontal o vertical, la columna es una de las piezas claves de estas máquinas. Por ella se desliza el cabezal con el husillo principal, por tanto, cualquier anomalía automáticamente se verá reflejada en el mecanizado.
También podemos encontrarnos con disposiciones especiales que no se ajustan a los esquemas típicos, pero que pueden ser combinaciones de varios; por ejemplo: para trabajos con barra.
Cabezal con husillo principal El husillo principal de cualquier centro de mecanizado que se precie, es un mecanismo de muy alta precisión que requiere de un engrase permanente, así como de un sistema de refrigeración que le permita mantener estable y constante la temperatura de sus componentes. De esta manera se puede garantizar la precisión en el mecanizado, puesto que las temperaturas que se generan durante el trabajo, así como las generadas por el rozamiento de los componentes cuando giran a por ejemplo, 8.000 min-1. son considerables, y podrían producir dilataciones con sus inconvenientes.
Detalle de un centro de mecanizado de eje vertical, de columna móvil. Ibarmia.
La columna puede ser móvil en sentido longitudinal, en sentido transversal, o en ambos. En estos casos se suele montar sobre un carro portacolumna -también se le denomina «silla»- preparado para ello, con las guías necesarias para los desplazamientos, y en la columna se encuentran las guías para el desplazamiento vertical del cabezal, y -según los modelosel almacén de herramientas y el dispositivo para el cambio automático de las mismas. Esquema montaje del husillo en centro de mecanizado de eje vertical V50A. Mitsui Seiki.
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Introducción a las máquinas herramientas Según las velocidades de giro, la potencia transmitida, la orientación del eje, etc., se diseñan los mejores sistemas para poder garantizar la precisión en el mecanizado.
El diseño del cabezal donde se monta el husillo principal, también es un factor importante para determinar el sistema de anclaje de los mecanismos del husillo en éste.
Disposición del eje en un centro de mecanizado de eje horizontal ACE-HP630. Daewoo Heavy Industries.
Esquema de la estructura de un centro de mecanizado de eje vertical, con cabezal desplazable en pórtico ACE-VM500. Daewoo Heavy Industries.
En la imagen inferior podemos ver una de las muchas formas de cabezal de los centros de mecanizado de eje vertical.
Detalle del cabezal del centro de mecanizado de eje vertical HVM. Anayak.
Mesa de trabajo Las mesas de trabajo de los centros de mecanizado pueden tener multitud de formas y disposiciones: pueden estar fijas, ser intercambiables, se pueden mover en un eje, en dos, rotar, cuadradas, rectangulares, redondas, etc.
En las imágenes podemos ver distintas formas constructivas de husillos de varios centros de mecanizado. Daewoo Heavy Industries.
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Centro de mecanizado en pórtico,vertical de eje orientable. Cincinnati.
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Introducción a las máquinas herramientas Algunos fabricantes de centros de mecanizado, en los modelos destinados a trabajos duros, disponen la mesa que sea entera y no intercambiable. Las mesas intercambiables (pallets) suponen una ventaja considerable en la disminución de tiempos improductivos por montaje y alineación de las piezas, puesto que mientras en máquina se está utilizando una, en la otra el operario ya puede preparar otra pieza.
Centro de mecanizado de eje vertical con mesa fija y columna móvil. Ibarmia.
Los desplazamientos de los carros, tanto los que afectan a la mesa, como los que afectan al cabezal, así como los de la columna en caso de columna móvil o de pórtico, son realizados mediante dispositivos que incorporan husillos de bolas, con doble apoyo en rodamientos de contacto angular y pretensados.
Detalle de la mesa de trabajo y guías carros. VU65A – Mitsui Seiki.
Los husillos están acoplados directamente a los servomotores. Por tanto, no hay transmisión por engranajes, lo que significa la ausencia de juegos y arrastres que beneficia la repititividad y precisión en el posicionamiento, pudiéndose garantizar una diferencia de ±0,002 mm.
Centro de mecanizado de eje vertical con mesa redonda giratoria.
Detalle del posicionamiento de una mesa intercambiable sobre base giratoria en un centro de mecanizado ACE-HP630. Daewoo Heavy Industries.
Cuando el centro de mecanizado es grande, su cubo de trabajo es adecuado para piezas voluminosas, actualmente también incorporan el sistema de pallets, no tanto por ir preparando otra pieza -que también-, sino porque en cada mesa puede haber una pieza distinta pero que requiere las mismas o parecidas operaciones de mecanizado. En algunos centros de mecanizado de estas características, donde se combinan trabajos pesados de torneado y fresado estas mesas adquieren unas dimensiones considerables, e incorporan una serie de dispositivos para facilitar el posicionamiento de la pieza en máquina. En otros casos, las características de la producción hacen inviable este tipo de mesa.
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Estructura de un centro de mecanizado de eje vertical B-1050. Kondia.
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Introducción a las máquinas herramientas Cuando se necesita que la capacidad del almacén supere las 30 herramientas, ya no se construyen del tipo tambor rotativo sino en forma de cadena.
Giros de una mesa rotativa preparada para incorporar pallets en un centro de mecanizado ACE-VC500. Daewoo Heavy Industries.
Sistema de transmisión de los husillos de los carros. Almacén de herramientas tipo cadena en disposición vertical. Daewoo Heavy Industries.
Almacén de herramientas Un centro de mecanizado es impensable sin un almacén de herramientas. No se podría plantear la automatización de los procesos ni la versatilidad del conjunto de la máquina.
Estas cadenas tienen una gran capacidad y suelen estar dispuestas en vertical o en horizontal, fijadas al cuerpo de la máquina o suspendidas. Algunas de ellas forman varios zigzags para aumentar la capacidad de herramientas en el mínimo espacio posible.
No podemos determinar cuál es el mejor ya que cada centro tendrá sus necesidades de herramental, pero si contrastamos que para capacidades de hasta 30 herramientas, los más utilizados son los estándar rotativos dispuestos en eje vertical u horizontal. Algún fabricante ha construido modelos rotativos inclinados, pero no es lo más usual.
Cuando el centro de mecanizado requiere de multitud de herramientas, la solución más implantada es la de montar varios almacenes, con distintas capacidades para los diferentes tipos de herramientas. Estos almacenes se colocan automáticamente en posición de uso cuando, mediante el controlador del programa, se requiere. Todo ello nos da una idea de la gran capacidad de herramental que pueden alojar los almacenes, individual o conjuntamente.
Almacén de 24 herramientas rotativo vertical. Daewoo Heavy Industries.
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Almacén de herramientas tipo cadena en forma de zigzag - Victor H630.
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Introducción a las máquinas herramientas Para fijar las herramientas en los alojamientos de los almacenes, así como en el husillo de la máquina, se utilizan sistemas normalizados, a saber: z portaherramientas de mango cónico (7/24) tipo ISO: − DIN 69871. − JIS B 6339 (antes MAS-BT). z portaherramientas de mango cónico tipo HSK: − DIN 69893. con sus correspondientes tirantes (también conocidos como «tetones») y accesorios. Para realizar el cambio automático de herramienta (ATC), actualmente se utilizan varios sistemas, según cada fabricante y modelo. Uno de los más usados es el de brazo doble en todas sus variedades.
Este brazo está dotado de dos aberturas en forma de U, una en cada extremo y contrapuesta la parte abierta, con pinza de fijación. Por un lado sujeta la herramienta del husillo, y por el otro, la herramienta que la sustituirá, colocada en posición mediante la acción del CNC que ha ordenado el giro del almacén, según lo estipulado en programa. A la vez que se desbloquean las herramientas -del cono del husillo y del alojamiento del almacén- el brazo se desplaza axialmente la distancia necesaria, y seguidamente gira 180º con las dos herramientas. Una vez en posición se desplaza axialmente en sentido contrario del anterior hasta encajar ambas en su sitio correspondiente -mientras, el almacén vuelve a funcionar para estar en disposición de recibir la herramienta retirada en su alojamiento-. Cuando ambas ya han quedado bloqueadas en sus correspondientes sitios, el brazo ejecuta un giro, normalmente de 90º, seguido de un pequeño desplazamiento axial hasta quedar en su punto de espera «stand by».
Sistema de engrase automático En los centros de mecanizado, todas las zonas de guías están recubiertas para evitar la acción de las virutas que se producen durante las operaciones de mecanizado, agentes corrosivos de los líquidos refrigerantes, etc. Eso significa que, a menos que no desmontemos las carcasas o los elementos de protección correspondientes, no tenemos acceso a las guías para poder engrasarlas.
Almacén de 30 herramientas rotativo horizontal. Daewoo Heavy Industries.
En la imagen podemos observar un cambio de herramienta en un centro de eje vertical. Para solucionar este problema, los centros de mecanizado incorporan un sistema de engrase automático temporizado, esto es, cada cierto tiempo -el que se haya programado- se acciona una bomba que impulsa el aceite de engrase para que, a través de un circuito propio, llegue a todos los puntos estipulados: guías, rodamientos, etc.
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Introducción a las máquinas herramientas Esta bomba se alimenta del aceite que se encuentra en un depósito preparado para ello.
Por estas razones, los sistemas de refrigeración de las máquinas disponen de unos buenos depósitos para el líquido refrigerante, así como de buenas bombas impulsoras para que proporcionen el caudal y la presión adecuada en todo momento. Estos depósitos habitualmente se encuentran separados del cuerpo de la máquina, entre otras razones, para evitar que el diferencial térmico que se produciría en la estructura de la zona que estuviera inundada, alterara la estabilidad del conjunto.
Este depósito tiene la salvedad de incorporar un sistema de boya, de manera que cuando el nivel del líquido llega al punto establecido como mínimo, activa una alarma -normalmente acústica- para informar de la necesidad de rellenado. Podemos encontrarnos con gran variedad de sistemas de refrigeración, pero actualmente los fabricantes de máquinas y los de herramientas se han puesto de acuerdo, y la tendencia es a construir sistemas y herramientas que permitan el paso del refrigerante por su interior, para que llegue directamente a la zona de corte donde se está produciendo el calor. Eso supone que los husillos de las máquinas y las herramientas están preparados para canalizar este proceso.
Centros de mecanizado universales Central de engrase.
Este sistema de engrase suele ser independiente del sistema del husillo. El sistema de engrase del husillo tiene otras características como por ejemplo: enfriador de aceite, para que no produzca alteraciones causadas por el aumento de temperatura. Este enfriador, en realidad, lo que hace es mantener el líquido a temperatura constante.
Los centros de mecanizado universales sobre mesa, combinan las características de los centros de eje vertical y de los de eje horizontal. Esto supone que el husillo puede trabajar en las dos posiciones gracias a la forma constructiva del cabezal, parecido a un cabezal universal de las fresadoras. Tienen especial interés para las pequeñas series y para trabajos unitarios.
Sistema de refrigeración El sistema de refrigeración en los centros de mecanizado es un aspecto muy importante. Buena parte de los resultados del mecanizado, así como de la vida y óptimo rendimiento de las herramientas dependen de él. Eso es, si no llega suficiente caudal y con la presión adecuada en la zona de corte del líquido refrigerante, esos resultados se verán alterados.
También es cierto que, no siendo el mismo planteamiento, los centros de mecanizado de eje vertical o de eje horizontal también pueden desarrollar mecanizados de este tipo con la ayuda de accesorios especiales como mesas giratorias en los dos ejes, divisoras, etc.
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Introducción a las máquinas herramientas Por tanto, se trata de optimizar las posibilidades trabajando sobre eje, sin mover la pieza de la máquina. X1 Z1 Y1
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C1
C1
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Centro de mecanizado universal sobre eje Aunque no sabemos si el título ya existe, o si se ajusta a norma, lo utilizamos para englobar las máquinas que: estando construidas sobre estructura base de un torno, incorporan la posibilidad de realizar sobre la pieza torneada -además de las propias de torneado- la totalidad de las operaciones de fresado, taladrado, mandrinado, roscado y tallado de engranajes. En un principio, esta definición puede dar pie a pensar en un «torno fresador». Cierto, es un torno fresador, pero también algo más. Estamos hablando del concepto de «mecanizado completo», retomando la definición inicial del centro de mecanizado. El planteamiento de este tipo de máquina es el mismo que el de los centros de mecanizado sobre mesa, pero a partir de piezas de revolución, lo que no significa que no se puedan mecanizar piezas prismáticas o poligonales. En los procesos de mecanizado, habitualmente nos encontramos con que podemos realizar todas las operaciones de torneado en un torno convencional o de CNC, y si la pieza requiere de operaciones de fresado, taladrado, roscado de estos taladros, tallado de dientes -exterior o interior-, etc. tenemos que cambiar de máquina/s para poder completar su mecanizado. Todos estos cambios normalmente generan una serie de alteraciones, además de tiempos improductivos de desplazamiento y preparación, en la precisión de los procesos. X1 Z1
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Esquema de la disposición para trabajo con pieza corta y doble cabezal, del centro M60G – WFL – Millturn Technologies.
Claro está que para poder realizar todos estos procesos necesitamos trabajar con 5 ejes y poder interpolar, así como la posibilidad de bloqueo y giro parcial del eje C. Además, aplicando los criterios de producción, la posibilidad del doble cabezal equivale al sistema de pallets de los otros centros, con la diferencia que aquí es más productivo. Esto es, mientras el cabezal C1 está realizando los procesos de fresado, taladrado, etc. sobre la pieza ya torneada, el cabezal C2 realiza los procesos de torneado en otra pieza. De esta manera, cuando el cabezal B ha terminado con la pieza de C1 se desplaza hacia C2 para realizar lo propio, y la doble torreta hacia C1 para realizar los de torneado en una pieza nueva. Por tanto, con este planteamiento se reducen los tiempos en un 50% aproximadamente. Dada la intensidad y el tipo de producción, estas máquinas necesitan un gran caudal y una alta presión para poder refrigerar continuamente durante los procesos de mecanizado. Para ello suelen estar dotadas de un depósito suficientemente amplio para suministrar un caudal continuo de 400 l/min, así como de un grupo de presión capaz de mandar este caudal con la presión adecuada. (Imágenes siguientes cortesía de WFL – Millturn Technologies).
C1
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Esquema de la disposición para trabajo con pieza larga del centro M60-WFL – Millturn Technologies.
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Torneado.
Ranuras con fresa disco.
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Introducción a las máquinas herramientas
Centros de mecanizado especiales Con los centros de mecanizado especiales pueden darse varias situaciones: z que su concepción salga de cualquier forma estándar, z que sin salir del estándar, sus dimensiones por mayores o por menores, así lo determinen, z que sea una combinación especial de algunos estándar, z que sea un diseño especial para un tipo de mecanizado concreto.
Fresado de planos.
Generación pivotes.
Generación engranajes.
Detalle del centro de mecanizado Waldrïch-Coburg. (Cortesía de Sidenor S.A. - Reinosa).
Lo que sí tienen en común los centros de mecanizado especiales es que suelen ser únicos, por tanto, hechos a medida. En la imagen superior se puede ver una estación de un centro de mecanizado especial, dedicado al mecanizado de cigüeñas para cigüeñales armados destinados a grandes motores. Podemos observar que la cigüeña está montada sobre una mesa giratoria, y la herramienta en este caso es una gran fresa de disco (Ø 5.000 mm) de dientes intercambiables montada sobre un eje vertical. El cabezal que soporta este eje evidentemente no está suspendido de ninguna columna como estamos acostumbrados a ver, sino que está anclado en la base con todo su conjunto de mecanismos.
Taladrado.
Éste es un caso de diseño especial y con grandes dimensiones para un tipo de mecanizado concreto.
Excéntricas.
Fresado 5 ejes.
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Dentado interior.
Centro de mecanizado C500 - Hermle.
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Introducción a las máquinas herramientas En la figura anterior podemos ver un centro de mecanizado con características especiales. Dispone de un cabezal vertical montado sobre estructura aérea tipo «gantry», con una mesa giratoria en disposición vertical, que además permite el giro sobre su eje de las piezas que acopla.
Verificación de la alineación en un cabezal universal mediante láser.
Roscadora Detalle de un centro de mecanizado de eje horizontal, con mesa fija equipada con cabezal de giro horizontal y columna móvil. (Cortesía de Sidenor S.A. - Reinosa).
Accesorios de medición y calibración
Raro es el mecanismo, por simple que sea, donde no encontremos una rosca. Por esta razón en muchísimas piezas mecanizadas y elementos de montaje estándar nos encontramos con roscas que se han generado de diferentes maneras, sean de un sistema u otro.
Los modernos centros de mecanizado incorporan distintos sistemas para la calibración de las herramientas, control de desgastes de las mismas, presencia, dimensiones de las superficies mecanizadas, por ejemplo: diámetro, etc.
Comprobación de cota en filo de herramienta mediante láser.
Cuando se trata del mecanizado unitario de roscas, el procedimiento habitual que se utiliza es el torno, terraja, fresadora, etc. pero cuando se trata de grandes series de roscas, por ejemplo: tornillería, barras muy largas y delgadas, agujeros ciegos o pasantes en placas cuadradas, etc. ya no es el procedimiento más adecuado, y en ese momento es cuando empieza el campo de aplicación de las roscadoras.
Los sistemas más utilizados, además del control de posicionamiento y cotas que proporciona el CNC, son la sonda y el láser.
Control de medida mediante sonda.
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Detalle brazo roscadora neumática CAM NR-20. Com. Maq. Alzira.
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Introducción a las máquinas herramientas Para ello, las distintas máquinas utilizan diferentes sistemas, lo que nos conduce a clasificarlas como sigue: Roscado por turbulencia o cepillado. Exterior Terraja de apertura automática: Con arranque - peines radiales, de viruta - peines tangenciales. Interior: con machos de roscar.
{ {
Sin arranque de viruta
{
Terrajas de rodillos y machos de laminación (para interiores). Laminadoras a rodillos. Laminadoras de placas (peines). Detalle del posicionamiento de las cuchillas en el cabezal de una máquina Leistritz.
Estas máquinas tienen una bancada alargada, con las guías inclinadas para facilitar el acceso a la zona de trabajo, y su cabezal porta piezas tiene un husillo en el que incorpora un sistema de amarre hidráulico, en unos casos plato de garras y en otros pinza para la sujeción de las piezas. Dispone de una caja de velocidades y otra de avances que, mediante trenes de engranajes sincronizan estos avances en el proceso de tallado de la rosca, u otro perfil.
Roscadora de precisión de sobremesa TRV-18. Erlo.
Al igual que en el torno, en el extremo opuesto se encuentra el contrabezal ajustable para el apoyo de las piezas largas. Además, cuentan con dos lunetas móviles situadas a ambos lados del cabezal porta cuchillas para asegurar la posible flexión que se pudiera producir durante el mecanizado.
Roscadoras por turbulencia (cepillado) El roscado por turbulencia es un sistema adecuado para el tallado de roscas largas con perfiles normalizados o especiales, rápido y preciso. Las máquinas están equipadas con varias herramientas (cuchillas) independientes que giran excéntricamente alrededor de la pieza en un soporte que monta el cabezal porta cuchillas. Estas cuchillas trabajan tangencialmente según un plano inclinado que se corresponde con el ángulo de la hélice media de la rosca, y están distribuidas de manera que su trabajo es uniforme, lo que garantiza un desgaste por igual de cada una de ellas.
Detalle del posicionamiento de las cuchillas en el cabezal de una máquina Burgsmüller.
Muestra de trabajos realizados en máquina de roscado por turbulencia - Burgsmüller.
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El carro portaherramientas, muy robusto, lleva incorporado el cabezal porta cuchillas y sus mandos correspondientes. Normalmente, monta un motor de corriente continua con variador de velocidad para el accionamiento de la corona.
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Introducción a las máquinas herramientas En el esquema inferior podemos ver la acción progresiva de las cuchillas en el perfilado de una rosca trapecial. La primera abre un surco inicial, la segunda ya profundiza a medida y ensancha con un poco más de ángulo, la tercera perfila con el ángulo final, y la cuarta achaflana las aristas. El grado de precisión con el que suelen trabajar, permite garantizar un error en el paso de 0,02 mm en una longitud de 1.000 mm. Otra gran ventaja de estas máquinas es la posibilidad de construir prácticamente cualquier perfil de ranura con la mínima dilatación debida al calor producido en el corte.
1
2
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Terraja de apertura automática.
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Terrajas con peines radiales.
Detalle de un cabezal porta cuchillas desmontado. Burgsmüller.
En el esquema inferior vemos una disposición básica de una máquina de este tipo. Cuando están equipadas de husillo patrón incorporan más mecanismos para el avance sincronizado del carro.
cabezal terraja
Terraja de apertura automática
mordaza pieza carro
Las roscadoras que utilizan el sistema de terraja de apertura automática se dividen básicamente según dos parámetros: 1. Disposición de trabajo de los peines: radial o tangencialmente. 2. Formación del filete: con tornillo patrón o no.
bancada
Cuando la máquina no monta husillo patrón el avance lo provoca la terraja, arrastrando la pieza que se está roscando. La terraja suele tener 4 peines montados en los porta peines correspondientes, los cuales mediante la acción de un mecanismo tornillo-corona sinfín se ajustan a la medida requerida para el roscado.
Detalle cuerpo portapeines radiales.
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Los peines son prismas, habitualmente de acero rápido templado, en las que en una de sus caras se ha mecanizado unas ranuras equidistantes que reproducen exactamente el perfil del filete de la rosca que se quiere tallar. Una vez templados se rectifican y se afilan para el corte. Tanto los radiales como los tangenciales tienen una zona ligeramente cónica para facilitar la entrada y autocentraje de la pieza a roscar.
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Introducción a las máquinas herramientas Actualmente, en la mayoría de talleres se están implantando las máquinas del tipo brazo articulado, muy práctico para pieza unitaria y pequeñas o medianas series. Cuando se trata de una serie grande como las tuercas, se utilizan machos especiales con las longitudes de roscado y de caña más grandes, apropiadas para absorber unas cuantas tuercas a la vez, y también de caña curva -en algunos tipos de máquinas- para facilitar la salida de las piezas.
Disposición de trabajo de los peines tangenciales.
Roscado interior con machos de roscar El roscado interior de agujeros pasantes o ciegos, cuando es con arranque de viruta se realiza mediante unas herramientas denominadas machos de roscar. Los machos de roscar no son patrimonio de este tipo de roscado, como veremos después, también se utilizan para el roscado por laminación. Roscamat 500 RH.
Hemos visto distintos tipos de machos de roscar para máquina: para agujero ciego, con las ranuras en hélice para la salida de la viruta; para agujero pasante, con las ranuras rectas; y con diente alterno para materiales tenaces.
Las máquinas roscadoras que utilizan machos -con arranque de viruta- básicamente tienen la estructura de una taladradora de sobremesa, pero acoplan unos dispositivos especiales para invertir el giro en el momento necesario, y así poder retirar el macho del agujero. Dicho esto, se puede entender que dependiendo del trabajo a realizar, de las medidas de la rosca, de la cantidad de agujeros a roscar, del material de la pieza, etc. podemos encontrarnos con una gran variedad de posibilidades: modelos, potencias, dispositivos más o menos sofisticados, etc.
Diversas herramientas intercambiables para brazo Roscamat.
Dentro de cada tipo, también nos podemos encontrar con un sinfín de posibilidades: materiales, recubrimientos, ranuras, longitud del mango, formas de la zona roscadora, etc. También hay modelos de cabezales de máquinas de roscar que son impulsados hidráulicamente.
Roscado por laminación - con terraja de rodillos y machos Macho para agujero ciego.
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Macho para agujero pasante.
Con diente alterno.
El roscado por laminación es el procedimiento de roscado sin arranque de viruta, mediante la compresión del material de la pieza a roscar a través de los órganos laminadores: rodillo único (macho para interiores), rodillos o moletas y peines.
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Introducción a las máquinas herramientas rodillos
Los machos de roscar por laminación cumplen con la misma función que los rodillos para exteriores. En la imagen anterior podemos ver una forma constructiva. Observamos que no tiene las ranuras como los otros, aunque existen modelos con ranura para la lubricación, factor muy importante en estos procesos que los expertos tienen como regla: un buen lubricado ya es medio laminado.
Roscado por laminación con rodillos rodillos
Terraja de roscar por rodillos de laminación.
En el esquema podemos ver lo que sucede cuando la acción de los órganos laminadores entran en acción: la compresión ejercida sobre el material para provocar la hendidura, provoca el desplazamiento de éste hacia la parte superior, conformado así la totalidad del perfil del filete de la rosca. Por esta razón, en el laminado de roscas el diámetro de la zona a perfilar es -generalmente- algo inferior al medio de la rosca.
regla soporte
expansión compresión
pieza
diámetro medio
Las máquinas laminadoras de roscas por rodillos suelen estar constituidas por dos rodillos perfilados, de ejes paralelos girando a la misma velocidad y sentido, que mediante la acción de un sistema hidráulico (de 90 a 400 KN) comprimen progresivamente a la pieza que se encuentra apoyada en una regla soporte. A diferencia de las rectificadoras sin centros, en las que la pieza se sitúa por encima del eje de las muelas, aquí la pieza a roscar se encuentra algo por debajo de la línea de centros de los rodillos.
herramienta
El resultado del laminado tiene en la estructura de la rosca efectos muy beneficiosos, pues al no haber arranque de viruta, no hay rotura de las fibras internas del material sino deformación, y ello aumenta la resistencia del filete.
Laminadora de roscas D80 B. Seny.
Según los modelos, trabajan por penetración (plongée), en enfilada (a través), o en ambos. En las máquinas que trabajan a plongée, la longitud máxima de las roscas es la máxima de los rodillos, mientras que en el laminado a través, la longitud de la rosca es independiente de la de los rodillos. En cualquier caso, el diámetro mínimo no es aconsejable que sea menor de 3 mm.
Macho de roscar por laminación.
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También hay máquinas que trabajan con 3 rodillos, sustituyendo la regla de apoyo. Al desaparecer el rozamiento sobre ésta, se consigue un mejor acabado.
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Introducción a las máquinas herramientas pieza peine fijo
peine móvil
También en estas máquinas podemos encontrar variedad de posibilidades, pero suelen utilizarse para tornillería ordinaria. Tienen un gran rendimiento, eso es, un ritmo de entre 70 y 150 golpes cada minuto, dependiendo del material y diámetro del tornillo.
Laminadora de roscas de 2 rodillos. Rolmac.
Peines para roscado por laminación.
Sierra circular Estas máquinas reciben la denominación de la forma en que corta su herramienta. Esta herramienta es un disco de acero, en unos casos acero rápido templado y rectificado, con recubrimiento, etc., dentado y triscado en la periferia; y en otros es de acero aleado y en la periferia llevan un dentado que sirve: en unos casos para soldar una plaquita de metal duro (carburo de tungsteno), y en otros para montar una plaquita de metal duro intercambiable (plaquita perdida) que se puede cambiar a medida que se desgasta.
Laminadora de roscas de 3 rodillos. Rolmac.
Estas últimas suelen utilizarse para el laminado de roscas en tubos y piezas huecas de poco espesor de pared, así como para sólidos como por ejemplo, espárragos de gran dureza.
Laminado de roscas por peines En este sistema se aprecia una diferencia fundamental con el anterior: en el sistema de rodillos, ambos se movían a la par; aquí un peine permanece estático y el otro es el que se mueve arrastrando a la pieza por entre los dos. De esta manera se genera la rosca.
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Sierra circular con brazo oscilante TA-400. Macc.
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Introducción a las máquinas herramientas En función de los materiales a cortar: tipo de material, forma, superficie a cortar simultáneamente, etc. se aplica un tipo de disco u otro, con dentado grueso, medio o fino. Aunque existen algunas diferencias, a estos discos cortantes también se les denomina fresas sierras circulares.
dentado grueso
dentado fino
Sierras de disco de acero rápido (HSS). Cortesía de IZAR.
Sierra circular con brazo vertical NTM-315. Macc.
La estructura básica de estas máquinas consiste en: z una base o bancada sobre la que se monta la mesa. En su parte superior incorpora el asiento para la mesa y/o la columna del brazo del cabezal, dependiendo si la mesa es giratoria o no. z una mesa en la que se montará el sistema de sujeción -mordaza mecánica, neumática, hidráulica, etc.- del material a cortar, así como el sistema de topes para la longitud a cortar de las barras. En algunos modelos, la mesa es giratoria para poder cortar en ángulo, por lo que la columna del cabezal permanece fija; en otros es al contrario, y en otros son fijos ambos, por lo que no se puede cortar en ángulo.
Afiladora Las afiladoras forman parte del conjunto de máquinas destinadas al mecanizado con abrasivos, pero con aplicaciones muy concretas: el afilado (rectificado) de las superficies que en las herramientas destinadas al corte forman los filos encargados de este cometido.
z una columna o soporte por donde se desplazará u oscilará el brazo portacabezal, dependiendo de si el avance en el corte es rectilíneo o por oscilación del brazo. z un brazo portacabezal, si es oscilante, o el cabezal de corte. El cabezal de corte está compuesto por el soporte, donde se alojan el motor y los mecanismos de transmisión y el eje donde se monta el disco de corte. Dependiendo de las características de la máquina y su grado de automatización, este cabezal puede ser más o menos complejo, esto es: con dos velocidades, o con un variador electrónico de velocidad para ajustar la velocidad de corte adecuada según el material a cortar, material del disco de corte, tipo de dentado, etc., sincronizador para el avance en el corte, control hidráulico, CNC... y un sinfín de posibilidades.
Detalle afilado fresa de disco - Schneeberger.
Por tanto, son máquinas de las catalogadas de precisión y no hay que confundirlas con las electroesmeriladoras, que se usan para el afilado manual de las herramientas -entre otros quehaceres-. Actualmente podemos encontrar en el mercado electroesmeriladoras a las que acoplando unos dispositivos especiales, cumplen con la función de afiladoras de brocas, además de poder utilizar las muelas para otros tipos de afilado.
Todo ello es válido tanto para las máquinas en las que la disposición del corte es vertical como en las imágenes, como para las que la disposición es horizontal; y en otra escala para las portátiles. Cuando este tipo de máquinas utilizan disco de corte de abrasivo, se les denomina tronzadoras. Trabajan a mucha más velocidad y pueden cortar cualquier tipo de material por duro que sea, produciendo bordes limpios. Aunque pueden trabajar en seco, es aconsejable que sea refrigerado, y mejor aún, sumergido.
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Detalle del afilado de fresa madre. Doimak.
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Introducción a las máquinas herramientas
Detalle afilado disco sierra circular - Walter AG. Electroesmeriladora con dispositivos para el afilado de brocas - Aceti.
La estructura básica de estas máquinas varía mucho según estén destinadas a trabajos especializados o en general (universales). La tendencia actual es la construcción de máquinas que pueden trabajar con los 5 ejes sincronizados para poder cubrir todo el espectro de geometrías que forman parte del inmenso mundo del herramental.
Para poder conseguir la posibilidad del trabajo en los 5 ejes se dota a estas máquinas de una serie de accesorios preparados para poder ejecutar los movimientos sincronizados, dirigidos desde el CNC. Cuando éstas no están dotadas de CNC, su funcionamiento es totalmente mecánico, también disponen de una serie de accesorios con los que, con otro tipo de operativa, se consigue el desplazamiento sincronizado en los 3 ejes principales.
Detalle cabezal motorizado mesa. Walter AG.
Afiladora universal Aries. Schneeberger.
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Detalle afilado de brochas - Ekin.
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Introducción a las máquinas herramientas Habitualmente las operaciones de afilado van acompañadas de una buena refrigeración, ya que las temperaturas que se alcanzan podrían afectar a las propiedades de la pieza. Actualmente estas máquinas van equipadas con unos buenos equipos de almacenamiento y bombeo para el líquido refrigerante, capaces de poder suministrar 120 l/min a una presión de 50 bar. Cuando por necesidades especiales no se puede trabajar con refrigerante, se acciona un aspirador para retirar las partículas de polvo que se generan durante el rectificado, y que cuando es refrigerado son arrastradas por el líquido.
Tallado rueda dentada con fresa madre, sistema Rhenania.
Ruedas cilíndricas y cremalleras
Afiladora de brochas gobernada por CNC - Ekin.
Ruedas cónicas
{
- con fresa de forma o módulo.
{
- dientes rectos o helicoidales
- con fresa de punta (Citroën). - con fresa madre (generación sistema Rhenania o Pfauter).
{ - por generación.
- dientes espirales
{
- sistema Gleason. - sistema Oerlikon. - sistema Klingelnberg.
Tornillos sinfín
fresa de forma. { -- con con fresa madre.
Ruedas glóbicas: generación con fresa madre
radial. { -- avance avance tangencial.
Tallado con fresa de forma o de módulo Detalle cabezal universal afiladora. Schneeberger.
Talladora de ruedas dentadas En el bloque 2 «Máquinas herramientas con movimiento de corte rectilíneo», se describen algunas de las máquinas talladoras de ruedas dentadas que utilizan los distintos sistemas de corte rectilíneo. En este bloque corresponde hacer lo propio con las que utilizan el movimiento de corte rotativo en sus distintas posibilidades. Para situarnos, veamos una primera clasificación según los diferentes tipos de ruedas a tallar.
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En este caso, quien asume las funciones de talladora suele ser una fresadora universal, en la mayoría de los casos, ya que también puede utilizarse con una talladora y, mediante otros dispositivos también suele realizarse con fresadoras de torreta, mediante una fresa de disco de perfil constante también conocida como «fresa de módulo».
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Introducción a las máquinas herramientas
Fresa «de módulo» - Izar.
Tallado de tornillos sinfín La rueda a tallar se monta sobre un torneador o dispositivo adecuado que se fija entre puntos o con el plato de garras del cabezal divisor. Mientras la fresa gira en su movimiento de corte, la mesa se desplaza en el sentido de corte normal, de esta manera se va formando el hueco intradiente correspondiente. Si el módulo es grande, sólo se utiliza para el acabado ya que primero se abre el canal con una fresa de disco de anchura algo menor al ancho del fondo del intradiente.
En el esquema y en la imagen podemos ver otra de las opciones de tallado con las fresas de forma o de módulo: el tallado de tornillos sinfín.
El mecanizado de tornillos sinfín es un trabajo que se realiza normalmente en torno, pero también se puede realizar en la fresadora o en una talladora con el utillaje adecuado. Suele hacerse en estas máquinas cuando el módulo es muy grande o tiene múltiples entradas. Dentado recto.
Tallado de tornillo sinfín con fresa de módulo.
Cuando el tallado se realiza en la fresadora con fresa de forma, ésta puede ser de dos tipos distintos: de disco o de mango. Las de mango tienen cierto parecido a las que se utilizan para el tallado de ruedas con dentado angular (también conocido como chevrón, citroën o doble helicoidal) que veremos más adelante. Dentado helicoidal.
En el esquema inferior podemos apreciar el tallado de un tornillo sinfín con fresa de forma de mango.
Con este tipo de tallado tenemos el inconveniente de no poder construir un sistema armónico, ya que para ello hará falta una fresa adecuada para cada diámetro y número de dientes puesto que la forma del intradiente varía. A menos que, después del tratamiento las ruedas dentadas por este método, sean rectificadas con un sistema por generación, el engranaje no trabajará de manera óptima. Por lo que concluimos que las ruedas elaboradas con este procedimiento, ya sean de diente recto, helicoidal o cónico, no pueden ofrecer mucha precisión.
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Introducción a las máquinas herramientas
Fresado de ruedas cónicas con dientes rectos El tallado de ruedas cónicas en la fresadora universal con una fresa de módulo solamente podemos aceptarlo como un tallado aproximado, puesto que aunque aparentemente puedan parecer iguales a las mecanizadas en talladora por generación, su perfilado dista bastante del real.
ble de la fresadora teniendo así diversas posibilidades tanto para el dentado recto o inclinado.
paso
avance
Existen distintos procedimientos para el tallado de ruedas cónicas en fresadora universal: con una fresa de forma, con dos fresas de distinto módulo, con mesa auxiliar pivotante, etc. En cualquier caso, las ruedas talladas con fresa de forma en fresadora solamente las podemos destinar a la transmisión de movimiento de poca velocidad.
división
Fresado de cremallera con fresa de disco y cabezal orientable.
Cuando el módulo de la cremallera a dentar es grande suele montarse un tren de fresas, dispuesto de tal manera que las primeras abren surco para que posteriormente, la de forma perfile el diente sin tener que arrancar todo el material en una pasada, tal como vemos en las imágenes siguientes.
Fresado de cremalleras El fresado de cremalleras es otra de las aplicaciones con fresa de forma. Al igual que los tornillos sinfín, suelen tallarse con fresas de disco o de mango con el perfil correspondiente.
paso
comparador control división
Fresado con fresa de mango.
Dependiendo de la longitud de la cremallera a mecanizar se montan las fresas en el eje horizontal o en el cabezal orienta-
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división
avance
Fresado de cremallera con fresa de disco sobre eje horizontal de la fresadora.
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Tallado con fresa de punta El tallado con fresa de punta inicialmente se utilizaba para el tallado de ruedas chevrón (en francés se denomina chevrons al dentado angular) o helicoidales dobles, patente de André Citroën quien, durante un viaje a Polonia en 1900, tropieza con un diseño de comilla angular. En 1913 ya construye estas ruedas dentadas encontrando amplia aplicación en la maquinaria pesada. Seis años más tarde adopta el doble chevrón como logotipo de sus coches.
Al ser dentados de módulos muy grandes m>20, estas herramientas tenían clara ventaja con relación a las fresas de disco de forma, pudiendo llegar sin mucha dificultad al centro del dentado sin pérdida de perfil en el fondo debido al arco que genera la fresa de disco.
Actualmente, las ruedas chevrón suelen construirse con una ranura central para el desahogo de la herramienta, por lo que es más habitual construirlas con piñón mortajador (sistema Fellows) o con cremallera (sistemas Maag/Sunderland) y si la ranura central es suficiente, también con fresa madre.
Tallado con fresa madre El tallado de ruedas dentadas con fresa madre es quizá el procedimiento de tallado por generación más implantado para el tallado «general» de ruedas dentadas de todo tipo, exceptuando las cónicas en todas sus formas.
Fresa madre.
Al igual que con el sistema Fellows, se evitan tiempos muertos en el retroceso de la cremallera o de la pieza, propio de los sistemas Sunderland o Magg respectivamente. La fresa madre es una herramienta en forma de tornillo sinfín cuya sección normal a la hélice reproduce la de la cremallera que genera el perfil de evolvente. Tal como podemos ver en la imagen, estos filetes están interrumpidos por ranuras longitudinales y destalonados en la cabeza para generar las aristas de corte encargadas de arrancar el material durante el proceso de tallado.
En los apartados: tallado de tornillos sinfín y fresado de cremalleras con fresa de forma, ya hemos visto otras posibilidades de aplicación de las fresas de punta, aunque para módulos <20. Con este sistema podemos tallar: z Ruedas cilíndricas: − dentado recto, − dentado helicoidal, − dentado para cadena, − dentado para trinquete. z Cremalleras. z Elementos sinfín: − tornillo, − rueda.
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Introducción a las máquinas herramientas tal o vertical, incorporan el montante principal por el que mediante unas guías se desplaza un carro que sirve de asiento al cabezal giratorio donde está instalado el husillo principal o husillo portafresas.
Detalle dentado helicoidal con fresa madre, en máquina de disposición vertical.
Al igual que con todos los tipos de máquinas que ya hemos visto, en las talladoras de ruedas dentadas con fresa madre nos encontramos con gran variedad de opciones: en equipamiento, en grado de automatización, disposición de corte, en capacidad de pieza y módulo máximo, etc.
Máquina para el tallado de ruedas dentadas, de disposición horizontal P500H. Gleason-Pfauter.
Detalle dentado helicoidal con fresa madre, en máquina de disposición horizontal. Talladora LC80G controlada por CNC - Liebherr.
La mesa o el cabezal con el mecanismo divisor y el montante auxiliar o contracabezal están dispuestos según sea la estructura de la máquina. En imagen anterior podemos ver el esquema de una máquina de disposición vertical con indicación de todos los movimientos de los elementos que la componen. Si la máquina es con disposición horizontal el montaje de estos elementos cambia y su estructura es algo distinta, aunque sus principios y funcionamiento base es el mismo.
Máquina para el tallado de grandes ruedas dentadas, de disposición vertical y mesa intercambiable (pallet). Liebherr.
Si bien es cierto que con este procedimiento se consigue un grado de precisión -tanto geométrica como dimensionalmente- muy elevado en el perfilado de los dientes, también lo es que para conseguir la máxima precisión en los dientes de las ruedas, es aconsejable su posterior rectificado -por generación- después del tratamiento térmico. Las talladoras son máquinas muy robustas y estructuradas para la producción con un manejo muy racional. Basadas en una sólida bancada y dependiendo de su disposición: horizon-
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Distintos modelos de fresa madre utilizados en las talladoras.
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Introducción a las máquinas herramientas Para el tallado de ruedas de diente recto, el eje de la fresa madre se inclina el valor de la hélice media de ésta, de manera que las ranuras resulten verticales, tal como podemos observar en el esquema.
Detalle cabezal giratorio talladora vertical Bilariz. (Cortesía González Campuzano – Torrelavega).
Cada fabricante tiene sus propios criterios y tecnología para el desarrollo de sus máquinas, pero es importante disponer del cabezal orientable que tenga la posibilidad de desplazamiento transversal (como vemos en la imagen superior y en el esquema anterior) por la necesidad de poder trabajar con dos métodos distintos, propios del tallado con fresa madre:
En el tallado con la fresa madre de ruedas cilíndricas, el avance para el corte puede ser por penetración inferior, o por penetración superior. Algunos fabricantes recomiendan la penetración inferior porque al producirse menos esfuerzos de corte es más preciso.
z penetración radial, z penetración axial. Estos dos métodos son consecuencia de la problemática que se genera en el tallado de ruedas helicoidales para tornillos sinfín. Cuando se intentan tallar con penetración radial se producen ciertas interferencias en el corte que modifican sensiblemente el flanco del diente.
Penetración superior.
Penetración inferior.
Penetración radial.
Tal como vemos en los esquemas, la penetración radial consiste en avanzar la fresa contra la rueda (o a la inversa según los modelos) a la vez que ambas giran sincronizadamente. Es el más rápido de los dos métodos.
Talladora Bilariz para el dentado de grandes ruedas (Cortesía de Sidenor S.A. - Reinosa). fresa madre
El tallado por penetración axial se basa en la entrada tangencial de una fresa madre troncocónica. Es aquí donde podemos ver reflejada una de las utilidades del desplazamiento transversal en el cabezal orientable.
corona
Tallado de una corona sinfín con fresa madre.
Penetración axial.
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Actualmente el grado de automatización de las talladoras es muy alto tal como podemos ver en el esquema siguiente, diseñado para producción en serie.
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Introducción a las máquinas herramientas Revacycle El método Revacycle utiliza una sola fresa de gran diámetro, normalmente mayor de 500 mm, con una serie de útiles de forma variable dispuestos en la periferia y agrupados por sectores para realizar las distintas fases del tallado: z en el sector 1, los útiles destinados al desbaste, z en el sector 2, los destinados al semiacabado, z en el sector 3, los de acabado.
Talladora LC482 totalmente automatizada para producción en serie - Liebherr.
En las talladoras actuales podemos observar seis movimientos principales: z giro de la fresa para el corte, z desplazamiento axial de la fresa, z desplazamiento vertical del cabezal para el movimiento de avance, z giro de la pieza con relación al número de dientes a tallar, z giro suplementario de la mesa para el tallado de ruedas cilíndricas helicoidales, z giro suplementario de la mesa durante el tallado de las ruedas glóbicas por avance axial de la fresa. Y en función de cada modelo otros movimientos accesorios, como por ejemplo: movimiento en diagonal de la fresa durante el tallado para posibilitar la uniformidad del desgaste (fresado diagonal), ciclos automáticos para reducir tiempos improductivos, alimentación y retirada automática de las piezas, etc.
Tallado de ruedas cónicas Para el tallado de ruedas cónicas, tenemos que establecer una clara diferenciación: z ruedas con dentado recto o helicoidal, z ruedas con dentado espiral.
Revacycle.
El sector 4 no tiene herramental y además tiene un entrante en forma de muesca, para que durante el recorrido de este sector hacia el 1 la pieza realice el cambio de posición para iniciar el tallado de un nuevo diente. Además del movimiento de rotación de la fresa, ésta está animada de un movimiento de traslación con distinta velocidad para cada sector.
Coniflex Actualmente más de un fabricante adopta este sistema para el tallado de ruedas cónicas con dentado recto o helicoidal. Este sistema se basa en la acción de dos fresas de disco, de suficiente diámetro como para tallar la longitud de cada diente sin necesidad de desplazamiento longitudinal tallando cada una un flanco.
Tallado de ruedas con dentado recto o helicoidal El tallado de ruedas cónicas por generación generalmente se realiza por dos métodos: Revacycle o Coniflex, ambos originales de Gleason.
Coniflex.
Dentado espiral.
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Ruedas cónicas con dentado recto.
Además, tiene la particularidad de poder ejecutar los flancos abombados, propiedad que garantiza una transmisión regular aunque los vértices de los conos primitivos de un par cónico no coincidan perfectamente.
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Introducción a las máquinas herramientas z Dentado Oerlikon. z Dentado Klingelnberg.
A
Cada fresa se encuentra montada en una especie de semicuna de posición regulable, así como el eje donde se monta la rueda a tallar. De esta forma se consigue el correcto posicionamiento de todos los elementos que intervienen en el tallado.
B
C
Dentados espirales Gleason.
Tallado de ruedas cónicas con dentado espiral Si queremos una transmisión silenciosa a gran velocidad y con grandes esfuerzos con ruedas cónicas, tenemos que recurrir a las ruedas con dentado espiral -que no helicoidal- puesto que las de dentado recto no son aptas para tales requerimientos, por lo que podemos establecer que este tipo de dentado es para las ruedas cónicas lo que el dentado helicoidal lo es para las cilíndricas: la forma más correcta para atender a las máximas prestaciones solicitadas.
En honor a la verdad tenemos que añadir otro procedimiento, que aunque en desuso desde ya hace bastante tiempo y correspondiendo al tallado por cepillado (Bloque 2 «Máquinas herramientas con movimiento de corte rectilíneo»), tiene el mérito de ser el único método de tallado de dentados espirales por cepillado en ruedas cónicas. Es el sistema Monneret, que su inventor presentó en la Exposición de París de 1900.
Tallado de ruedas cónicas con dentado espiral Gleason El tallado de los distintos tipos de diente espiral Gleason se suele realizar por dos métodos: con generación y sin generación.
Las curvas que definen estos dentados pueden ser muy diversas, por lo que cada una de ellas necesita de un sistema propio para su tallado, y consecuentemente, una máquina adecuada. Sin pretender cerrar la lista de posibilidades, podemos decir que actualmente existen tres sistemas principales: Gleason (espiral cicloide), Oerlikon (espiral eloide) y Klingelnberg (paloide). Y producen estos dentados: z Dentados Gleason: A.Espiral con ángulo 0º (Zerol ®). B. Espiral oblicua. C. Espiral hipoide (Hypoid).
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Disco con herramientas insertadas para el tallado de dentados espirales Gleason.
En el tallado por generación se utiliza un disco con cuchillas insertadas en la periferia y el tallado se produce diente a diente. En el tallado sin generación no se varían las posiciones relativas de la fresa y la pieza, de manera que la formación del diente se produce por el trabajo sucesivo de las cuchillas que van aumentando de tamaño. A este método se le conoce como Formate y tiene cierto parecido al brochado.
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Talladora 300 CG - Gleason.
Tallado de una rueda cónica con dentado espiral Gleason.
Una particularidad de los dentados espirales Gleason es que la altura del diente no es constante, siendo mayor en la periferia. Otras características son el eje y la inclinación de la espiral, así pues: z en el dentado oblicuo (B) los ejes son concurrentes, z en el dentado Zerol (A) los ejes son concurrentes pero el ángulo de inclinación de la hélice es nulo (0º), lo que le produce cierta semejanza entre estos dientes y los rectos abombados.
Tallado de ruedas cónicas con dentado espiral Oerlikon Este sistema tiene sustanciales variaciones con el Gleason. Las principales a saber: z el tipo de curva, epicicloide (o cicloide cónica) de altura constante, en este caso, que produce dientes de altura constante en lugar de trapeciales (Gleason), z el tallado se realiza por división continua: todos los dientes se encuentran en el mismo estado de mecanizado en cada momento.
z En el dentado hipoide (C) los ejes no son concurrentes, lo que en la mayoría de las ocasiones permite evitar que el piñón quede en voladizo.
El herramental que se utiliza es parecido al anterior pero las cuchillas están agrupadas según la zona del diente que van a tallar: un grupo para el desbaste, otro para la parte cóncava y otro para la parte convexa. Así, mientras un sector está mecanizando un intradiente, otro empieza a mecanizar el siguiente.
Talladora-rectificadora Phoenix 200G - Gleason.
fresa
piñón
Esquema del tallado por generación del sistema Oerlikon.
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Introducción a las máquinas herramientas La máquina más conocida para el tallado de estas ruedas dentadas es la emblemática Spiromatic, capaz de producir con gran precisión y rapidez el tallado de este tipo de dentado, y que en algunos casos se ha llegado a confundir con el propio sistema Oerlikon.
el tallado también se realiza conjugando el movimiento de la fresa y de la rueda a dentar. zona desbaste
Tallado de ruedas cónicas con dentado espiral Klingelnberg El tipo de dentado espiral Klingelnberg tiene cierto parecido con el Oerlikon ya que la altura del diente también es constante. El proceso de tallado también es por división continua, pero la diferencia estriba en la herramienta que se utiliza para el tallado, siendo en este caso una fresa madre algo especial. zona acabado
Esta fresa madre es cónica y no tiene un dentado uniforme, sino que va variando desde la base del cono (Ø mayor) donde se sitúa la zona de desbaste, hasta la punta (Ø menor) que es la zona de acabado.
Bloque 4. Máquinas herramientas para mecanizados especiales Introducción Sistema Klingelnberg.
Por esta razón se empieza a tallar el dentado por la zona de desbaste (Ø mayor) desplazándose la herramienta a medida que va progresando el tallado hasta el acabado, que se realiza con la zona de acabado (Ø menor). Durante todo este proceso, la velocidad va variando de acuerdo con la sección de trabajo. Este sistema tiene cierto parecido con el tallado de una rueda cilíndrica de dentado helicoidal con fresa madre, pues
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Hasta no hace mucho tiempo, este bloque se hubiera titulado Máquinas herramientas para «mecanizados no convencionales», pero actualmente ya no sería correcto ya que todos estos «mecanizados no convencionales» ocupan un lugar propio en los procesos de mecanizado. Las catalogamos como «para mecanizados especiales» para diferenciarlas del resto -conocidas como convencionales- ya que utilizan la combinación de otras tecnologías -además de la mecánica- y no se sirven de una herramienta de corte afilada para formar viruta.
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Introducción a las máquinas herramientas − Electroerosión: − − − Cortesía de Charmilles Technologies.
Con este tipo de máquinas y sus procedimientos se da respuesta a las nuevas y singulares necesidades de mecanizado de nuevos materiales, así como de geometrías complejas y delicadas: z posibilidad de mecanizar materiales metálicos y no metálicos, con propiedades especiales: alta resistencia, dureza, etc. que dificulta y en ocasiones imposibilita su mecanizado con procesos mediante arranque de viruta. z posibilidad de realizar geometrías muy complejas que no son fáciles y, a menudo, imposibles de realizar mediante mecanizados convencionales. z prácticamente descartada la posibilidad de dañar la pieza: deformaciones producidas por las presiones de los amarres y tensiones que se generan durante el mecanizado por arranque de viruta. Muchos de estos procedimientos, y consecuentemente las máquinas capaces de ejecutarlos, se desarrollaron inicialmente a partir de las necesidades de las industrias aeronáutica y espacial, y posteriormente han encontrado también su aplicación en otros sectores industriales. Actualmente existen muchos tipos de máquinas herramientas para mecanizados especiales, y muchos de ellos prácticamente originales y específicos, pero tal como hemos hecho con las anteriores máquinas, aquí presentaremos los más utilizados. Para ello, establecemos su clasificación según la forma principal de energía que utilizan para ejecutar el desprendimiento del material: z Mecánica: La forma en que se utiliza la energía mecánica en estas máquinas es sustancialmente distinta de cómo se utiliza en arranque de viruta. En éstas es mediante una corriente de alta velocidad de fluidos, abrasivos, o ambos: − Ultrasonidos (mecanizado ultrasónico). − Corte por chorro de agua. − Corte por chorro de agua y abrasivo. − Corte por chorro abrasivo (chorro de gas con abrasivo). z Eléctrica: Estas máquinas utilizan la energía eléctrica con reacciones químicas para sus procesos: − Mecanizado electroquímico. − Achaflanado y esmerilado electroquímico. z Térmica: La energía térmica generada mediante la conversión de la energía eléctrica es utilizada para dar forma a una zona o cortar el material. Normalmente la energía térmica se aplica a una parte muy pequeña de la superficie de trabajo, de esta manera se consigue el desprendimiento por fusión o por vaporización del material:
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−
- por penetración, - por hilo. Haz de electrones. Rayo láser. Corte con - Arco de plasma. arco eléctrico: - Electrodo de carbono y aire. - Otros: - arco eléctrico y gas, - con arco protegido, - con arco eléctrico por tungsteno y gas, - con arco de carbono. Oxicorte.
{
z Química: Casi todos los materiales, en particular los metálicos, pueden ser atacados químicamente mediante ácidos u otras sustancias. Éste es el sistema que utilizan las máquinas de mecanizado químico, removiendo el material de las zonas seleccionadas por la acción de estas sustancias, ya que las que no se van a trabajar se protegen con una mascarilla: − − − −
Fresado químico. Troquelado químico. Grabado químico. Mecanizado fotoquímico.
Si bien hemos dicho en los primeros párrafos de esta introducción que estos tipos de mecanizados nos permiten trabajar prácticamente todos los materiales, metálicos o no, cabe aclarar que: − algunos de ellos solamente pueden ser utilizados sobre metales debido a la necesidad de elementos conductores. Éstos son: • Mecanizado electroquímico. • Electroerosión. • Corte por arco de plasma. − aunque excepto sobre papel -y sus derivados-, sobre telas, fieltro, cuero y materiales afines se aplica satisfactoriamente en muchos materiales, el mecanizado químico generalmente se utiliza sobre metales ya que son más susceptibles al ataque químico que otros materiales. − el corte por chorro de agua suele limitarse a plásticos, cartulinas, textiles y materiales que no ofrezcan la resistencia de los metálicos. Cuando se destina a metales, habitualmente es con abrasivo. También creemos importante realizar algunas consideraciones sobre el rendimiento de estos procesos y sus máquinas en relación con los procesos tradicionales, contemplando que normalmente estos procedimientos se utilizan cuando los convencionales no son prácticos y/o económicos: − Baja velocidad de desprendimiento de material en relación con el alto consumo de energía. − Grandes variaciones en la capacidad de control dimensional y acabado superficial: algunos proporcionan gran precisión y buenos acabados. Otros acabados y precisión deficientes. − Daños en las superficies: algunos, sobre todo los térmicos, causan considerables daños metalúrgicos a las superficies. No quisiéramos que estas últimas consideraciones se interpretaran como de talante «antimecanizados especiales», nada más
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Introducción a las máquinas herramientas lejos de nuestra intención al mencionarlas, pero creemos importante plasmarlas aquí para dar una visión global de todo ello.
z Un punzón, que va fijado a la base menor del cono vibrador y en perfecta alineación con el eje de trabajo de la máquina.
Mecanizado por ultrasonidos
z Una mesa para la sujeción de las piezas. Esta mesa se encuentra en el interior de un depósito de contiene el líquido con el abrasivo en suspensión.
El mecanizado por ultrasonidos o ultrasónico es un procedimiento que fue ensayado por Wood y Loomis en 1927 para perforar piezas duras y frágiles.
z Un grupo bomba-decantador, que hace circular el líquido con el abrasivo y separa las partículas de material arrancadas por decantación.
Su funcionamiento se basa en la acción combinada de: z un punzón, también conocido como sonotrodo, el cual realiza una vibración ultrasonora generada por un equipo electromecánico y, z el polvo abrasivo contenido en suspensión líquida o pasta fluida que arranca las partículas microscópicas de la pieza a mecanizar. oscilación líquido
partículas abrasivas
punzón pieza a mecanizar
En el esquema podemos ver el fundamento de este procedimiento. La pieza que se va a mecanizar está en contacto con un líquido o pasta fluida que contiene partículas de abrasivo, que son impulsadas sobre la superficie de la pieza por el punzón, animado por una oscilación perpendicular a ésta con frecuencias que varían entre los 20.000 y los 30.000 ciclos por segundo (Hz), y una amplitud de 0,07 mm aproximadamente. El abrasivo, que es la verdadera herramienta -aunque se considera que éste es sólo un medio que hace las funciones del filo del punzón, sonotrodo, o útil ultrasónicoal chocar contra la superficie de la pieza, arranca partículas de ésta. Según cada fabricante y modelo, las formas, distribuciones, potencias y usos de las máquinas pueden variar, pero comúnmente éstos son los principales elementos de una máquina para el mecanizado ultrasónico:
El punzón, además del movimiento de oscilación vertical o «de corte», tiene: z un movimiento de avance o penetración, regulado por el cabezal y que avanza automáticamente a medida que éste penetra en la pieza. Para ello, se regula previamente -mediante contrapesos- la presión del cabezal sobre la pieza. Para controlar la presión suelen valerse de un pequeño dinamómetro incorporado. z un movimiento de situación vertical por desplazamiento sobre guías verticales de la máquina, de aproximación a la pieza. El material del punzón generalmente es acero suave o acero inoxidable, ya que conviene un material que sea de alta resiliencia (resistencia al choque) mejor que demasiado duro. La acción de este sistema afecta tanto al punzón como a la pieza, por lo que los desgastes del punzón varían según se mecanice vidrio, cuarzo, germanio, aceros de alta dureza, etc. Como abrasivo se utilizan carburos de wolframio, de boro, óxidos de aluminio, con granos de tamaño comprendidos entre 100 y 2.000, según sea un mecanizado de desbaste o de acabado. Por tanto, la amplitud de la vibración se establecerá igual al tamaño del grano aproximadamente. El tamaño del agujero es el del punzón más el doble del grueso del grano. Como líquido para suspensión del abrasivo se emplea el agua con aditivos que disminuyan su tensión superficial. La concentración del abrasivo varía entre el 20 y el 60%. La pieza no realiza ningún movimiento durante el trabajo, pero se puede desplazar para situarla en la posición adecuada, moviendo la mesa según dos ejes ortogonales mediante husillos dispuestos para ello, tal como hemos visto en otras máquinas herramientas. El mecanizado por ultrasonidos tiene muchas aplicaciones, entre otras: z para realizar perforaciones circulares o de forma en materiales que por su dureza o fragilidad es muy difícil mecanizarlos por otros procedimientos,
z Un oscilador electrónico capaz de generar frecuencias de 20.000 a 30.000 Hz. Habitualmente, este generador suele estar en un armario separado de la máquina.
z para mecanizar piedras preciosas, principalmente para su aplicación en relojería, semiconductores como germanio, silicio, etc.
z Un transductor o transformador de resonancia, cuyo núcleo o magneto-estrictor suele estar formado por láminas de níquel y el arrollamiento eléctrico en conexión con el oscilador. Todo este conjunto está alojado en un cuerpo refrigerado por agua corriente.
z para la perforación de matrices, piezas de carburos endurecidos, diamante, etc., que luego se montan en armaduras de otros materiales,
z Un elemento vibrador, fijado al núcleo del magnetoestrictor, que hace las funciones de amplificador de las vibraciones al concentrarse en su parte más pequeña (la que está en contacto con el punzón).
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z para grabar inscripciones en materiales muy duros, z para el mecanizado de roscas exteriores o interiores en materiales frágiles, lo cual es imposible de realizar con herramientas normales. Para ello, el punzón de forma adecuada, avanza describiendo el movimiento helicoidal propio de la rosca.
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Introducción a las máquinas herramientas
Corte por chorro de agua Los sistemas de chorro de agua inicialmente fueron desarrollados para la limpieza de fachadas, desengrase de las pistas de aterrizaje, limpieza de naves industriales y otras aplicaciones de parecidas características.
Para conseguir este chorro fino se combina el diámetro de la abertura de la boquilla con la presión que genera la bomba. El diámetro de la abertura de la boquilla oscila entre 0,1 y 0,4 mm en función de las necesidades de corte.
El siguiente paso fue incrementar un poco la potencia de las bombas, lo que permitió su uso para cortar hormigón, encontrando gran aplicación en las estructuras ya que dejaba al descubierto y sin dañar la estructura metálica interna. Otro incremento de la presión condujo al corte de las barras de esta estructura.
Despiece boquilla de corte - Flow Europe GmbH.
De esta manera, el chorro de agua alcanza velocidades de hasta 1.000 m/seg. La estructura de la boquilla suele estar construida en acero inoxidable, pero la punta puede ser de diamante, rubí o zafiro. Evidentemente con el diamante se obtiene más duración en la vida del útil.
Gentileza de Flow Europe GmbH.
Con los aumentos progresivos de potencia en las bombas, estas máquinas actualmente están trabajando con unas presiones comprendidas entre los 600 y 4.000 bar, lo que hace que el sistema ya no sea manejable manualmente como en sus inicios, sino por medios automatizados tipo CNC. agua a alta presión
boquilla de corte
separación reducción dispersión
chorro de agua
Cabezas de corte - Flow Europe GmbH.
Por tanto, entendemos que los puntos clave de las máquinas de corte por chorro de agua están en: z las bombas, z las boquillas de corte, z las cabezas de corte,
pieza a cortar
z el tanque recogedor y sistema separador. recogida de agua
Las máquinas de corte por chorro de agua -también denominado mecanizado hidrostático- utilizan un chorro fino de agua a alta velocidad y presión dirigido hacia la superficie de la pieza a cortar, tal como vemos en el esquema.
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Todo ello, gobernado y controlado por un buen sistema de CNC, así como del conjunto de motores y husillos de bolas que permiten una buena precisión en el posicionamiento, alta aceleración y elevada velocidad de desplazamiento. Aunque hasta ahora siempre hemos hablado de chorro de agua, en algunos casos también nos encontramos que el fluido de corte -nunca mejor dicho- es una solución de polímeros.
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Introducción a las máquinas herramientas abrasivo
agua
Bomba de alta presión - Flow Europe GmbH.
El tamaño del agujero de la boquilla tiene gran influencia en la precisión del corte, esto es: las aberturas más pequeñas para cortes más finos en espesores pequeños, puesto que para cortar espesores mayores se requieren chorros más densos y presiones más altas. Otro de los parámetros importantes a contemplar en estas máquinas es la velocidad de avance del corte. Según los materiales, espesores y geometrías oscila entre 5 y 500 mm/seg. Además, la producción puede verse mejorada si la máquina incorpora más de un cabezal de corte, como actualmente podemos encontrar en el mercado con 12 cabezales. Resumiendo las características del proceso y de las máquinas de corte por chorro de agua, diremos que: z Posibilidad de corte en cualquier dirección: lo que elimina grandes problemas en el estudio y aplicación de elementos de sujeción y centraje de la pieza, y consecuentemente reducción del tiempo de procesado, lo que supone un abaratamiento del coste.
Sistema Paser ® Flow Europe GmbH.
Los abrasivos que habitualmente se utilizan son: óxido de aluminio, dióxido de silicio y el granate (silicato); y los tamaños varían entre 60 y 120 agregándose al chorro a razón de 0,25 kg/min aproximadamente. Los diámetros del agujero de salida de la boquilla de corte varían con relación al corte por chorro de agua pura, aumentando su medida para facilitar el paso de los granos de abrasivo y la velocidad del flujo. Los valores usuales oscilan entre 0,25 y 0,63 mm. Otra de las variaciones a contemplar es la distancia para reducir la dispersión que se deja entre la boquilla y la pieza a cortar. En el corte con agua pura esta separación habitualmente es de 3 a 3,5 mm, aquí oscila entre 0,75 y 1,5 mm.
z Mínimos esfuerzos verticales o laterales en las piezas a mecanizar: por tanto, eliminación de problemas de deformación mecánica, calidad de corte en contornos complejos y gran facilidad para crear contornos delicados en espesores extremadamente delgados.
En estas máquinas, la mezcla de corte (abrasivo/agua) junto con los restos del material cortado van a parar a un depósito recogedor, de donde se extrae mediante una bomba de aspiración hacia un separador centrífugo, el cual deposita en un saco permeable el abrasivo, mientras que el agua regresa al tanque mediante las bombas de descarga.
z Taladrado y corte con la misma herramienta: eso significa menor tiempo de preparación y menor gasto en herramental.
Algunos fabricantes equipan sus máquinas con sensores automáticos de altura para garantizar la distancia óptima constante entre la cabeza de corte y la pieza.
z Inexistencia de gases ni vapores nocivos: mejores condiciones de trabajo, menor riesgo para la salud y reducción de la contaminación ambiental. z Mínima ranura de corte: reducción del material eliminado que se convierte en un ahorro directo en lo referente al coste de la materia prima. z No se altera mecánica, térmica o químicamente el material: posibilidad de procesar infinitas combinaciones de materiales y formas. z Inexistencia de rebabas y escoria: ahorro en tiempo y dinero al no ser necesarias las operaciones de retoque. Una de las limitaciones del corte por chorro de agua pura (para distinguirlo del corte con agua y abrasivo) está en los materiales frágiles como el vidrio, ya que tienden a resquebrajarse durante el corte.
Sistema de corte T11-2000 - Flow Europe GmbH.
Corte por chorro de agua y abrasivo
Corte por chorro abrasivo (chorro de gas con abrasivo)
Para cortar metal, vidrio, piedra y otros materiales duros, generalmente se agregan partículas abrasivas al chorro de agua para facilitar el corte.
Es importante no confundir este sistema con el de chorro de agua con abrasivo, ya que los elementos del chorro son sustancialmente distintos, además de las presiones utilizadas.
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Introducción a las máquinas herramientas avance
mezcla de gas y abrasivo
porta herramientas
extracción flujo electrolítico herramienta (cátodo) ajuste manual aproximado
aislamiento material y flujo electrolítico
pieza a mecanizar pieza a mecanizar (ánodo)
En este caso la acción de corte es producida por una corriente de gas a alta velocidad con partículas abrasivas. A diferencia del sistema de chorro de agua con abrasivo, el elemento gas es seco, siendo los más utilizados: el aire seco, el nitrógeno, el dióxido de carbono y el helio, a presiones que van desde 0,25 a 1,5 Mpa. Los abrasivos que se utilizan suelen ser: óxido de aluminio para aluminio y latón, carburo de silicio para acero inoxidable y cerámica y perlas de vidrio para el pulido. El diámetro de estas partículas oscila entre 15 y 40 µm con exigencias de uniformidad para algunas aplicaciones. El diámetro del orificio de la boquilla también varía. Suelen utilizarse valores comprendidos entre 0,075 y 1 mm. Las máquinas que utilizan este procedimiento, es imprescindible que estén equipadas con un buen sistema de extracción de la mezcla gas/abrasivo en la zona de trabajo, para así poder disponer de una buena ventilación en la zona del operario que realiza el corte. Con lo expuesto hasta ahora podemos deducir que este procedimiento y sus máquinas no están destinadas a cortar -tal como reza en el título- dentro de un proceso de producción, sino más bien a procesos de acabado, por lo que lo propio sería denominarlo mecanizado por chorro abrasivo. Así lo podemos constatar con la relación de trabajos que habitualmente realizan: achaflanados, recorte y retirada de rebabas, limpieza y pulido de superficies, sobre materiales duros y frágiles (cerámica, silicio, vidrio, etc.) y de pequeño espesor.
Mecanizado electroquímico El proceso de mecanizado electroquímico consiste en desprender material de la pieza a mecanizar, necesariamente conductora de electricidad mediante un proceso de disolución anódica, provocado por la acción de la herramienta -formada por uno o varios electrodos- cercana a la pieza y del flujo electrolítico que circula con mucha rapidez. Por tanto, el proceso sigue el principio de que el material que se retira de la pieza que actúa como ánodo (polo positivo) se deposita en la herramienta, que actúa como cátodo (polo negativo) en un baño electrolítico; pero la velocidad con que fluye la solución electrolítica entre los dos polos impide que esto suceda, ya que arrastra el material desprendido de la pieza. Las herramientas (electrodos, punzones, etc.) se diseñan con la forma inversa de la geometría que se pretende obtener en cobre, bronce o acero inoxidable, según las características de la pieza a mecanizar.
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La solución electrolítica está formada por una base de agua y sales: NaCl o NaNO3. Esta solución, además de retirar el material desprendido de la pieza sirve para evacuar el calor generado y las burbujas de hidrógeno que se crean en las reacciones químicas durante el proceso. Mediante centrifugado o sedimentación, se separan las partículas microscópicas de material desprendido de la solución electrolítica. Éstas forman un barro que requiere ser retirado controladamente para no provocar un problema medio-ambiental. Para conseguir un desprendimiento óptimo, las máquinas de mecanizado electroquímico utilizan la primera ley de Faraday para establecer la velocidad de avance de la herramienta hacia la pieza, esto es: la cantidad de cambio químico que produce una corriente eléctrica (cantidad de material disuelto) es proporcional a la cantidad de electricidad transmitida (corriente x tiempo). El mecanizado electroquímico suele aplicarse cuando el metal a mecanizar es muy duro o difícil de mecanizar, o cuando se pretende obtener una determinada forma muy difícil o prácticamente imposible mediante procesos convencionales. En este tipo de mecanizado la dureza del material tiene una influencia relativa porque el arranque del material no es mecánico. Los trabajos más comunes que se realizan en las máquinas de mecanizado electroquímico son: z z z z
mecanizado de formas y contornos irregulares, moldes para plásticos, moldes para estampación y forja, taladrado de múltiples y variados orificios -en medidas y formas- de manera simultánea, puesto que no se utiliza un proceso de taladrado giratorio, z achaflanado y eliminación de rebabas.
Las ventajas con relación al mecanizado convencional son: z z z z
poco daño superficial en la zona de trabajo, inexistencia de virutas, bajo desgaste del herramental, velocidades de arranque de material relativamente altas para materiales duros y difíciles de mecanizar.
Las desventajas: z alto consumo de corriente eléctrica, z dificultades en la retirada del barro generado en los mecanizados.
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Introducción a las máquinas herramientas
Achaflanado y eliminación de rebabas Las máquinas para la eliminación de rebabas y achaflanado o redondeado de aristas son una adaptación de las máquinas de mecanizado electroquímico, por tanto, con el mismo funcionamiento. En el esquema podemos observar una aplicación de eliminación de rebabas y achaflanado de un agujero realizado con broca convencional. herramienta
Cuando se realiza el afilado de herramientas de carburo de wolframio (carburo de tungsteno), la muela actúa de forma mecánica sobre el material para eliminar la película de óxido (WO3) que se forma durante el proceso. Además, los granos abrasivos que sobresalen establecen la distancia de separación entre ánodo y cátodo a la vez que el electrolito (flujo electrolítico) fluye por entre ellos, pudiendo cumplir su función en la electrólisis. Las máquinas de esmerilado-afilado electroquímico están compuestas por: z unidad generadora de corriente continua, z depósito para el electrolito, con grupo bomba que lo impulsa y mediante conductos llega a la zona de trabajo,
rebaba
z cabezal de esmerilado motorizado,
flujo electrolítico
Los tiempos varían si sólo se trata de eliminar rebabas o si además se pretende achaflanar o redondear las aristas, que en este último caso tarda más.
Esmerilado-afilado electroquímico Este procedimiento y las máquinas que lo ejecutan, son una especialización del mecanizado electroquímico, en la que el cátodo toma la forma de una muela esmeril de características especiales. Los abrasivos más utilizados son el óxido de aluminio con aglomerante de resina impregnada de partículas para que sea eléctricamente conductor, y el diamante con enlace mecánico. muela
z bandeja en la zona de trabajo dispuesta para la evacuación controlada del flujo electrolítico, dirigido posteriormente al grupo de filtrado y después al depósito, z mesa ranurada y orientable para la sujeción de las piezas.
Mecanizado por electroerosión (EDM - Electrical Discharging Machining) El mecanizado por electroerosión o mecanizado por descarga eléctrica (EDM - Electrical Discharging Machining) quizá sea el proceso de mecanizado especial más extendido y usado. Es habitual ver las máquinas de electroerosión en muchos talleres de mecanizado, no solamente en los especializados en moldes y matrices para los que -inicial y esencialmente- estaban destinadas, puesto que en ellas pueden ejecutarse más tipos de trabajos: formas complejas tanto exteriores como interiores, geometrías más simples pero que requieren ser mecanizadas después del tratamiento térmico del material para que no se produzcan tensiones y consecuentemente grietas si se hubieran mecanizado por procedimientos tradicionales, etc.
flujo electrolítico
pieza
Los trabajos más representativos realizados en estas máquinas son: z afilado de cuchillas de carburo de tungsteno (metal duro), z agujas quirúrgicas y tubos de pared muy delgada, z piezas muy frágiles. Al trabajar en frío supone una gran ventaja ya que desaparece el riesgo de agrietamiento. También podemos considerar ventaja que el desbaste y acabado se realiza en una sola operación.
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Gentileza de Ona – Electroerosión.
El proceso de electroerosión está basado en la vaporización del material a temperaturas que oscilan entre 8.000 y 12.000 ºC consecuencia de la avalancha de electrones (no por arco voltaico) proveniente de una descarga eléctrica de alto amperaje durante fracciones de tiempo muy cortas (10-5 s), entre un útil (punzón, electrodo,...) fabricado en grafito, cobre, bronce, tungsteno, etc. funcionando como cátodo sobre la pieza a mecanizar, que asume las funciones de ánodo.
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Introducción a las máquinas herramientas
Excedente de corte
separación
pieza
Actualmente existe una tendencia a decantar ciertos trabajos de estas máquinas por el mecanizado de alta velocidad, ya que éste proporciona mayores regímenes de arranque de material y mayor calidad superficial.
punzón
chispa
líquido dieléctrico
será más rápida y el amperaje de la descarga alto. Por el contrario, para acabados finos velocidad más lenta y menor amperaje.
Todo esto se produce a través de un líquido dieléctrico que funciona como aislante en la separación, excepto cuando ocurre la ionización al saltar la chispa. Este líquido dieléctrico, tiene además las funciones de desalojar los residuos del desprendimiento y evacuar el calor del punzón y de la zona de trabajo. Los líquidos que más se utilizan son: agua destilada o deionizada, aceites minerales (hidrocarbonados) y petróleo de alta calidad.
Hasta ahora nos hemos estado refiriendo a las máquinas de electroerosión por penetración, pero existe otro tipo de máquinas de electroerosión que, basándose en los mismos fundamentos utilizan un útil totalmente distinto. Son las máquinas de electroerosión por hilo (también denominadas de alambre). Estas máquinas utilizan un hilo de pequeño diámetro como electrodo para cortar las geometrías requeridas en la pieza. Los diámetros utilizados para este hilo están comprendidos entre 0,02 y 0,3 mm dependiendo de la anchura de corte que se precise y suelen ser de latón, cobre estratificado, molibdeno o tungsteno.
Las descargas se realizan en las zonas más próximas entre la pieza y el útil, por lo que es necesario premecanizar o desbastar la forma antes de aplicar la electroerosión con el objetivo de evitar un desgaste desigual del punzón.
Electroerosión por hilo
Dado que la electroerosión también actúa sobre las paredes laterales, el diseño del útil contempla tolerancias de compensación para subsanar el excedente de corte.
Electrodo
pieza
Ona – Electroerosión.
La calidad superficial de los trabajos ejecutados por las máquinas de electroerosión puede variar, aunque los valores usuales en acabados estándar corresponden a un Ra de 0,8/1 y para acabados muy finos (espejo) un Ra de 0,10. Esto se consigue controlando la velocidad de penetración (distancia entre punzón y pieza) y el amperaje de trabajo, lo que significa que para acabados rugosos (desbaste) la velocidad de penetración
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Cortesía de Charmilles Technologies.
Para los trabajos en estas máquinas hay que contemplar algunos condicionantes: z las geometrías a mecanizar, sean exteriores o interiores, no importa si regulares o no, perpendiculares o inclinadas, siempre tienen que ser pasantes,
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Introducción a las máquinas herramientas z antes de iniciar el trabajo, es necesario realizar previamente un taladro al principio de la zona que se va a mecanizar para poder pasar el hilo (mecanizados interiores).
diámetro hilo
anchura del corte
pieza mecanizada
separación
excedente de corte
Hilo.
Una característica importante de estas máquinas es la del movimiento de la pieza. En la electroerosión por penetración, habitualmente el movimiento hacia la pieza lo realiza el punzón, en cambio en la electroerosión por hilo, éste, que cumple -por comparación- las funciones del punzón, sólo tiene el movimiento circulante de una bobina a otra, siendo el cabezal el que toma las inclinaciones requeridas; por ejemplo, superficies cónicas o inclinadas y el trazado geométrico de los otros dos ejes (X e Y) en el plano lo describe la pieza mediante los desplazamientos de la mesa, controlado todo ello mediante CNC.
Cortesía de Charmilles Technologies. Penetración.
En los esquemas podemos ver la diferencia entre los dos sistemas: penetración e hilo, y en la última imagen de la página anterior un mecanizado interior con máquina de hilo. El funcionamiento de las máquinas de electroerosión por hilo recuerda al de las sierras de cinta verticales. El hilo, almacenado en una bobina de alimentación, va avanzando continua y regularmente según los parámetros para el mecanizado requerido, almacenándose en otra bobina de recuperación. De esta manera se consigue mantener permanentemente el mismo diámetro de electrodo y en perfecto estado, sin cráteres ni alteraciones, lo que en el corte representa una anchura de corte regular.
Mecanizado con haz de electrones El mecanizado con haz de electrones se usa para diversas aplicaciones de alta precisión sobre cualquier material conocido. Además, tiene aplicaciones para tratamientos térmicos y soldadura. campana de vacío
conjunto pistola haz de electrones
Al igual que en el mecanizado por penetración, en el hilo también existe el excedente de corte, pero debido a que siempre contamos con «electrodo nuevo» permanece constante y a su vez predecible. Suele estar comprendido entre 0,020 y 0,050 mm, lo que supone una gran ventaja a la hora de mecanizar esquinas agudas. Cabe recordar que, al igual que en la penetración, con el hilo tampoco existe nunca contacto directo con la pieza y que todo el mecanizado se realiza con líquido dieléctrico, ya sea por chorro dirigido a la zona de trabajo o inmerso en un baño.
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alto voltaje
haz de electrones bobina deflexión magnética
lente electromagnética pieza a mecanizar
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Introducción a las máquinas herramientas
Esta lente es capaz de reducir hasta 0,025 mm el área del haz. Cuando éste choca sobre la superficie a mecanizar, funde o vaporiza el metal del área como consecuencia de la energía térmica de alta densidad generada por la energía cinética de los electrones. Por ello es necesario realizar el mecanizado en una cámara de vacío, así se consigue eliminar la colisión de los electrones con las moléculas de gas. El mecanizado con haz de electrones es ideal para el micromecanizado, especialmente para el taladrado, ranurado y corte. Decimos que para el micromecanizado porque se realizan taladros de hasta 0,05 mm de diámetro en piezas cuya relación entre profundidad y diámetro es mayor de 100:1, ranurados de 0,025 mm y cortes en partes delicadas en espesores de entre 0,25 y 6,5 mm. Las máquinas de mecanizado con haz de electrones son máquinas bastante complejas -aunque no lo aparenten- y costosas, ya que su producción no es grande. Durante el proceso de mecanizado el consumo de energía eléctrica es muy alto, por lo que el mecanizado con este sistema es costoso.
Mecanizado con rayo láser El término láser está formado por las siglas en inglés de amplificación luminosa por emisión estimulada de radiación: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Por tanto -y simplificando mucho-, un láser es un transductor óptico que convierte la energía eléctrica en un haz luminoso monocromático coherente (concentrado) y alineado -los rayos de luz en el haz están dispuestos con un paralelismo casi perfecto-. Disponiendo los espejos de forma precisa para conseguir la superposición de las ondas de la misma longitud en sus correspondientes fases, se consigue que un láser emita rayos luminosos de duración muy breve pero de muy elevada energía, por ejemplo mediante un rayo emitido en un intervalo de tiempo menor de 1µs se llega a conseguir una potencia de hasta 1 MW, pudiendo llegar a ser más alta en el caso de un láser de impulsos. Mediante lentes ópticas se consigue enfocar la luz generada sobre un punto muy pequeño y dependiendo de la cantidad de energía que contenga el rayo y su grado de concentración se realizan diferentes procesos industriales. El mecanizado con rayo láser desprende el material por vaporización y desgaste. En el esquema se puede ver un ejemplo típico del funcionamiento de una máquina de mecanizado con rayo láser. Ciertamente hay gran cantidad de tipos de láser (más de 5.000), pero en el ámbito del mecanizado los más utilizados son los de gas de dióxido de carbono y los de estado sólido (de distintos elementos). En el sector del mecanizado, además del tratamiento térmico, soldadura y medición, los procesos de marcado, perfilado, taladrado y corte, son los más utilizados, sobre cualquier material: aceros de alta dureza y resistencia, aceros suaves, cobre, bronce, aluminio, cerámica, vidrio, sílice, cuarzo, plástico, hule, textiles, madera, papel, etc.
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lámpara
conjunto láser
lámpara
El conjunto pistola genera una corriente continua de electrones acelerados aproximadamente ¾ de la velocidad de la luz que se enfocan sobre la superficie de trabajo mediante lente electromagnética.
espejo reflejante
tubo descarga del láser haz rayo láser
espejo semitransparente
distancia focal
El sistema, y por tanto las máquinas que lo utilizan, se sirve de una corriente de electrones a alta velocidad dirigida hacia la superficie de la pieza a mecanizar, para desprender el material por medio de fusión y vaporización.
lente
pieza a mecanizar
Un ejemplo de utilización del láser en el mecanizado lo tenemos en el taladrado de agujeros muy pequeños, imposibles de realizar con las máquinas vistas hasta ahora; estamos hablando de diámetros de 0,010 mm en algunos equipos, aunque lo estándar está en 0,025 mm. También para diámetros muy grandes, que tienen grandes inconvenientes: z desperdicio de mucho material en viruta o recortes, z maquinaria de mucha potencia para realizar el taladrado con broca, z desgaste de la herramienta (broca de acero o de plaquitas intercambiables), lo que supone tiempos muertos de producción. Con el láser, evidentemente controlado por CNC, los taladros superiores a 0,5 mm se realizan cortando el contorno del orificio, tanto para agujeros redondos como de cualquier forma. Aunque no podemos afirmar que el mecanizado por láser sea un sistema de producción masiva, tampoco nos atrevemos a negarlo, puesto que estamos asistiendo a avances en este campo a pasos agigantados, por ejemplo: en calderería ligera, industrias de trabajo con chapa para carrocerías, etc. el corte por láser está ganando terreno con mucha autoridad. Esta autoridad le viene por la fiabilidad y simplicidad en el manejo. También en los talleres de mecanizado, puesto que las máquinas actuales son extremadamente robustas. La simplicidad en el manejo, conseguida en parte por la supresión de elementos que se utilizan en los equipos láser destinados a laboratorio: resonadores, cavidades, concentradores, etc., y en parte también por la incorporación del CNC, hacen que estas máquinas puedan ser manejadas sin mayor riesgo.
Corte con arco de plasma Entendemos como plasma un gas supercalentado eléctricamente e ionizado. Esto es, la ionización o disociación de un gas convertido en un «conductor» de la electricidad, obligándolo a alta presión a discurrir a través de un arco eléctrico.
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Introducción a las máquinas herramientas Este arco eléctrico -para piezas metálicas- se genera entre el electrodo y la pieza, normalmente conocido como arco transferido. electrodo de tungsteno
soplete gas plasma
longitud de arco
arco de plasma gas protección
pieza
anchura del corte
peraturas del orden de 30.000 ºC aproximadamente con una velocidad de salida igual a la del sonido. La mayoría de aplicaciones del corte con chorro de plasma las encontramos en el corte de planchas metálicas de prácticamente todos los metales eléctricamente conductores. La ventaja que distingue a estas máquinas es su alta productividad. Como desventajas relativas -según el tipo de trabajomencionaremos: z superficie de corte áspera, z es el sistema de mecanizado especial que más daño metalúrgico infringe en la superficie de la pieza.
Oxicorte El oxicorte comprende una gama de procesos de corte térmico muy implantada en el sector de fabricación mecánica. Utiliza el calor de la combustión de ciertos gases conjugado con la reacción exotérmica del metal con el oxígeno.
metal fundido
En el corte por arco de plasma, los gases utilizados como gas plasma son el argón, argón con hidrógeno, nitrógeno, o una mezcla de ellos. En las instalaciones automáticas suele usarse el nitrógeno, pero para ello es necesario que el equipo disponga de un buen sistema de extracción de humos, ya que los generados son tóxicos. Habitualmente en el proceso de corte de flujo doble también se utilizan gases protectores del arco de plasma tales como el bióxido de carbono o el oxígeno. La operativa de las máquinas de corte con arco de plasma puede ser de 4 tipos: a) Flujo sencillo: con este sistema se pueden cortar placas de acero inoxidable. Recibe este nombre porque solamente utiliza el gas plasma (o primario). b) Flujo doble: este sistema utiliza como gas plasma el nitrógeno y como gas protector el bióxido de carbono o bien el oxígeno. c) Protección de agua: usa como gas plasma el nitrógeno, pero como protector utiliza una capa de agua, lo que reduce el ruido y contaminación del aire. d) Bajo amperaje: utiliza los mismos gases que el doble flujo pero con una intensidad de corriente mínima (100 A). Las máquinas de corte con arco de plasma utilizan una corriente de plasma que trabaja a altas temperaturas, entre 10.000 y 14.000 ºC, para cortar el metal por fusión. En el proceso de corte se dirige la corriente de plasma hacia la pieza y esta misma acción funde e impulsa el material fundido por el canal abierto (de una anchura que oscila entre 2 y 5 mm), tal como se puede ver en el esquema superior. El plasma fluye a través de una boquilla enfriada generalmente por agua, que controla y dirige la corriente -manual o automáticamente (CNC)- por la trayectoria deseada. El chorro de plasma capaz de cortar placas de metal de hasta 150 mm de espesor en algunos casos, alcanza en su interior tem-
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acetileno oxígeno
gases mezclados
Para ello suele utilizarse un soplete de corte, diseñado para poder suministrar la mezcla del gas combustible y el oxígeno en las cantidades adecuadas y dirigir una corriente extra de oxígeno a la zona de corte, del que podemos ver un detalle del mezclador en el esquema. El mecanismo para el desprendimiento del material del que se sirve este sistema es la reacción química del metal a cortar con el oxígeno, sirviéndose del aumento de temperatura causado por la combustión de los gases que sirve para poder soportar la reacción. Cuando se trata del corte de metales no férricos, el planteamiento sufre algunas variaciones debido a las diferencias de temperaturas de fusión y más resistencia al proceso de oxidación. Por ello, el calor de la combustión tiene más importancia que la creación de la ranura de corte y se le añaden aditivos químicos, en forma de flujos o polvos, a la corriente de oxígeno. Los gases combustibles que se utilizan para mezclar con el oxígeno suelen ser: acetileno, metilacetileno-propadieno, propileno, butano y propano. El acetileno es el que proporciona mayor temperatura a la llama y es el de más uso para cortar y soldar. Los procesos de oxicorte pueden realizarse manual o automáticamente. Los equipos manuales suelen utilizarse para el corte de perfiles grandes, planchas, corte de metal desechado, rebaje de protuberancias en piezas de fundición y operaciones que no requieran precisión. Los equipos automáticos están destinados a la producción o a trabajos muy determinados.
111
0
Introducción a las máquinas herramientas Podemos encontrarnos con una extensa gama de tipos y modelos de equipos que realizan el corte automáticamente, desde palpadores mecánicos de plantillas hasta los actuales gobernados por CNC.
La composición de la solución de ataque químico depende del material de la pieza a mecanizar, la profundidad y de la velocidad de desprendimiento, así como de la calidad del acabado que se precise.
Mecanizado químico
También es necesario contemplar que esta solución combine correctamente con el protector que se vaya a utilizar, ya que de lo contrario, los resultados serían nefastos.
Los distintos procesos de mecanizado químico: fresado, troquelado o corte, grabado y fotoquímico, emplean el mismo sistema de desprendimiento de material. En general, los pasos que se siguen son los siguientes: 1) Limpieza: así se asegura que el material se va a desprender de manera uniforme.
La industria aeronáutica utiliza bastante el mecanizado químico para aligerar de material las alas y el fuselaje con el fin de reducir el peso.
Clasificación de las máquinas herramientas
2) Enmascarillado: se aplica un recubrimiento protector en las zonas que no se quiere atacar químicamente. Los materiales más utilizados para los protectores son: neopreno, cloruro de polivinilo, polietileno y otros polímeros. 3) Ataque químico: éste es el paso donde se desprende el material. La pieza se sumerge en una solución química que ataca las partes que no están protegidas. En el método normal, el material de la pieza se convierte en una sal que se diluye en la solución química y se desprende de la superficie. Una vez desprendida la cantidad de material deseada, se retira la solución de ataque y se enjuaga la pieza, para así detener el proceso. 4) Desenmascarillado: se retiran los protectores de la pieza y nos queda la pieza terminada.
1)
pieza a mecanizar protectores
(
Extracto de la norma UNE 15010
)
Definición Se entiende por máquinas herramientas, todas aquellas que, dotadas de herramientas, están concebidas y construidas para, por procedimientos más o menos automáticos, reemplazar parcial o totalmente al trabajo del artesano. Esta denominación de máquinas herramientas se aplica especialmente a aquellas máquinas empleadas para trabajar y tallar los materiales sólidos, en particular, los metales y las maderas.
Clasificación En atención al procedimiento empleado y a la naturaleza del material que han de trabajar y tallar, las máquinas herramientas se clasifican en cinco grandes grupos que son los siguientes:
2) solución de ataque químico
a) Máquinas que trabajan por corte o por arranque de virutas, de los materiales sólidos (exceptuada la madera). b) Máquinas que trabajan por deformación en frío o en caliente, de los materiales sólidos (exceptuada la madera).
3)
c) Máquinas de soldadura y de corte, por acción eléctrica o termoquímica. d) Máquinas para trabajar la madera. e) Otras máquinas.
4)
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pieza terminada
A su vez, cada uno de estos grupos, se subdivide en subgrupos y tipos.
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Introducción a las máquinas herramientas
Grupo
Nº
01
02
a) Máquinas que trabajan por corte o por arranque de virutas
03
04
Subgrupo
Tornos
Taladradoras
Mandrinadoras
Fresadoras
05
Limadoras
06
Mortajadoras
07
08
09
10
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Cepilladoras
Brochadoras
Rectificadoras
Afiladoras
Nº
Tipo
1
Tornos de cilindrar y roscar.
2
Tornos revólver.
3
Tornos al aire.
4
Tornos verticales.
5
Tornos automáticos o semiautomáticos.
9
Otros tornos.
1
Taladradoras fijas sensitivas.
2
Taladradoras fijas automáticas o semiautomáticas.
3
Taladradoras radiales universales.
4
Taladradoras de cabezal múltiple.
5
Taladradoras de varias columnas.
6
Barrenadoras.
9
Otras taladradoras.
1
Mandrinadoras horizontales.
2
Mandrinadoras verticales.
9
Otras mandrinadoras.
1
Fresadoras universales.
2
Fresadoras horizontales.
3
Fresadoras verticales.
4
Fresadoras planeadoras.
5
Fresadoras múltiples.
6
Fresadoras copiadoras.
9
Otras fresadoras.
1
Limadoras.
2
Limadoras especiales.
1
Mortajadoras con cabezal fijo.
2
Mortajadoras con cabezal inclinable.
9
Otras mortajadoras.
1
Cepilladoras de brazo.
2
Cepilladoras de puente.
9
Otras cepilladoras.
1
Brochadoras horizontales.
2
Brochadoras verticales.
9
Otras brochadoras.
1
Rectificadoras cilíndricas de exteriores.
2
Rectificadoras cilíndricas de interiores.
3
Rectificadoras cilíndricas universales.
4
Rectificadoras sin centros de exteriores.
5
Rectificadoras sin centros de interiores.
6
Rectificadoras planetarias.
7
Rectificadoras copiadoras.
8
Rectificadoras perfiladoras.
9
Rectificadoras planeadoras de eje horizontal.
10
Rectificadoras planeadoras de eje vertical.
11
Otras rectificadoras (de roscas, engranajes, etc.).
1
Afiladoras especiales.
5
Afiladoras universales.
9
Otras afiladoras.
113
0
Introducción a las máquinas herramientas
Grupo
Nº
11
12
a) Máquinas que trabajan por corte o por arranque de virutas
13
14
15
16
17
18
19
21
114
Subgrupo
Acabadoras
Amoladoras y pulidoras
Dentadoras
Roscadoras
Máquinas de puntear
Máquinas de serrar
Máquinas para cortar y punzonar
Máquinas portátiles
Nº
Tipo
1
Lapidadoras.
2
Bruñidoras.
3
Super-acabadoras.
9
Otras acabadoras.
1
Amoladoras de eje horizontal.
2
Amoladoras de eje vertical.
5
Otras amoladoras.
6
Pulidoras de cinta.
7
Pulidoras de disco.
9
Otras pulidoras.
1
Dentadoras mortajadoras de cremallera.
2
Dentadoras mortajadoras de herramienta circular.
3
Dentadoras de fresa madre.
4
Dentadoras de ruedas cónicas rectas.
5
Dentadoras de ruedas cónicas espirales.
9
Otras dentadoras.
1
Roscadoras con herramienta de forma.
2
Roscadoras con machos.
3
Roscadoras con fresa.
4
Roscadoras con peines.
5
Roscadoras con reproductor.
6
Roscadoras a presión con herramienta plana.
7
Roscadoras a presión con herramienta circular.
9
Otras máquinas de roscar.
1
Punteadoras simples.
2
Punteadoras taladradoras.
9
Otras punteadoras.
1
Serradoras alternativas.
2
Serradoras circulares con disco metálico.
3
Serradoras circulares con disco de muela.
4
Serradoras de cinta.
9
Otras serradoras.
1
Tijeras.
2
Guillotinas.
3
Otras máquinas de cortar.
4
Punzonadoras.
5
Cortadoras y punzonadoras mixtas.
9
Otras máquinas de cortar y punzonar.
1
Máquinas portátiles con accionamiento manual.
2
Máquinas portátiles con accionamiento eléctrico.
3
Máquinas portátiles con accionamiento neumático.
9
Otras máquinas portátiles.
1
Laminadoras de perfiles.
2
Laminadoras de chapas y flejes.
3
Laminadoras de anillos, llantas y aros de ruedas.
4
Laminadoras y roscadoras.
9
Otras laminadoras.
Otras máquinas
Máquinas de laminar
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Introducción a las máquinas herramientas
Grupo
Nº
b) Máquinas que trabajan por deformación en frío o en caliente
22
23
24
25
26
c) Máquinas de soldar y de cortar por fusión del metal
27
31
32
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Subgrupo
Martillos de forja
Máquinas de prensar y estampar
Máquinas de enderezar y curvar
Máquinas de estirar y calibrar
Máquinas portátiles
Nº
Tipo
1
Martillos neumáticos.
2
Martillos de vapor.
3
Martillos mecánicos (horizontales y verticales).
4
Martillos de caída libre.
5
Martillos para remachar.
9
Otros martillos de forja.
1
Prensadoras y estampadoras excéntricas.
2
Prensadoras y estampadoras neumáticas.
3
Prensadoras y estampadoras hidráulicas.
4
Prensadoras y estampadoras de vapor.
5
Prensadoras y estampadoras de fricción.
6
Prensadoras y estampadoras mixtas.
9
Otras máquinas de prensar y estampar.
1
Planeadoras de chapa.
2
Curvadoras de chapa.
3
Enderezadoras de redondos, hexagonales y cuadrados.
4
Curvadoras de redondos, hexagonales y cuadrados.
5
Enderezadoras y curvadoras de perfiles.
6
Enderezadoras y curvadoras de tubos.
9
Otras enderezadoras y curvadoras.
1
Máquinas de estirar y calibrar chapas.
2
Máquinas de estirar y calibrar redondos, hexagonales y cuadrados.
3
Máquinas de estirar y calibrar perfiles.
4
Máquinas de estirar y calibrar tubos.
9
Máquinas de estirar y calibrar, especiales.
1
Remachadoras eléctricas (de alta y de baja).
2
Remachadoras neumáticas.
3
Enderezadoras.
9
Otras máquinas portátiles.
1
Soldadoras eléctricas por puntos únicos.
2
Soldadoras eléctricas por puntos múltiples.
3
Soldadoras eléctricas por costura (con roldanas).
4
Soldadoras eléctricas por protuberancias.
5
Soldadoras eléctricas a tope por resistencia directa.
6
Soldadoras eléctricas a tope con chispa.
7
Otras soldadoras eléctricas.
1
Soldadoras eléctricas de conducción sencilla a mano.
2
Soldadoras eléctricas de conducción a mano y equipo de alta frecuencia.
3
Soldadoras eléctricas de conducción a mano con flujo electroconductor.
4
Soldadoras eléctricas de conducción a mano con atmósfera protegida.
5
Soldadoras eléctricas automáticas con electrodos desnudos.
6
Soldadoras eléctricas automáticas con electrodos revestidos.
Otras máquinas
Soldadoras eléctricas por resistencia con o sin presión de forja
Soldadoras eléctricas por arco con o sin presión de forja. (Para conexión a red de corriente continua, alterna o indiferente a ambas)
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0
Introducción a las máquinas herramientas
Grupo
Nº
c) Máquinas de soldar y de cortar por fusión del metal
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33
34
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37
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Subgrupo Soldadoras eléctricas por arco con o sin presión de forja. (Para conexión a red de corriente continua, alterna o indiferente a ambas) Soldadoras por oxigás con o sin presión de forja
Nº
Tipo
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Soldadoras eléctricas automáticas con atmósfera protegida.
8
Soldadoras eléctricas automáticas con flujo electro-conductor.
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Otras soldadoras eléctricas.
1
Soldadoras por oxigás con soplete normal.
2
Soldadoras por oxigás con soplete multillama.
1
Oxicortadoras de conducción a mano con guía sencilla.
2
Oxicortadoras de conducción a mano y mecanismo regulador.
3
Oxicortadoras de conducción por motor y mando hidráulico.
4
Oxicortadoras de conducción por motor y mando neumático.
5
Oxicortadoras de conducción por motor y mando eléctrico.
1
Oxicortadoras con reacción de acero en polvo.
2
Oxicortadoras con fundente químico.
3
Oxicortadoras con material inerte.
Soldadoras por presión en frío
Oxicortadoras para aceros comunes
Oxicortadoras para aceros especiales, fundición, etc. Otras máquinas
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Materiales utilizados en fabricación mecánica Contenido BLOQUE 1. Características de los materiales z Introducción. z ¿Materia, material, cuerpo...? z Propiedades de los materiales. z Propiedades físicas. - Propiedades mecánicas z Propiedades químicas. z Propiedades tecnológicas. BLOQUE 2. Materiales metálicos z Metales más utilizados en la industria mecánica. z El hierro (Fe). - Productos siderúrgicos - Hierro - Aleaciones de hierro con carbono: - Fundición - Acero - Formas comerciales de los aceros - Otros productos de acero z Cobre (Cu). - Latones - Bronces z Aluminio (Al). z Estaño (Sn). z Plomo (Pb). z Zinc (Zn). z Titanio (Ti). BLOQUE 3. Cerámicos z z z z z z
Introducción. Tipos de cerámicos. Propiedades. Abrasivos. Nuevos materiales cerámicos. Algunos elementos importantes relacionados...
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BLOQUE 4. Plásticos z z z z z
Introducción. Algo de historia... Tipos de plásticos. Relación de termoplásticos. Relación de termoestables.
BLOQUE 5. Composites: Materiales compuestos z Introducción. z Clasificación. z Compuestos de matriz orgánica.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica
Bloque 1. Características de los materiales Introducción Puesto que al analizar los materiales y productos mecánicos disponibles en el mercado, sus propiedades y aplicaciones en la fabricación mecánica, el alumno o la alumna deberá ser capaz de: z relacionar las características fisicomecánicas (tracción, dureza...) de los principales materiales industriales (metales, plásticos, «composites», cerámicos...) con los procesos de mecanizado, conformado y montaje, se da un repaso muy sintetizado a los fundamentos, y no se entra en profundidad sobre el conocimiento de materiales, ya que es materia del módulo «Materiales empleados en Fabricación Mecánica».
¿Materia, material, cuerpo...? Todas las cosas (cuerpos) están hechas de algo. Ese algo es la materia, que la Real Academia Española de la Lengua define como: realidad primaria de la que están hechas las cosas. A efectos del mundo industrial, define como materia primera (prima): la que una industria o fabricación necesita para sus labores, aunque provenga, como sucede frecuentemente, de otras operaciones industriales. Esa materia se puede tocar, medir y pesar. Sabemos que una puerta -habitualmente- está hecha de madera; una botella, de vidrio; un cuchillo, de acero. Por tanto, la madera, el vidrio y el acero son materias. Consecuentemente, llamaremos materia a aquello de lo que están hechos los cuerpos. En el argot industrial usamos la palabra material, que la misma Real Academia define como: perteneciente o relativo a la materia. Muestra de ello es una pregunta frecuente: ¿De qué material está construida tal pieza...?
Técnicamente se llama cuerpo al: objeto material en que pueden apreciarse las tres dimensiones principales: longitud, altura y anchura. Eso significa que cualquier cuerpo tiene unos límites definidos, y no deben confundirse los términos material/materia y cuerpo. 1
Propiedades de los materiales Propiedades son -según la Real Academia- los atributos o cualidades esenciales de una persona o cosa. Sabemos que el acero X, después de un tratamiento de temple, adquiere una dureza de 55 HRC1. También sabemos que, en contrapartida al aumento de dureza, disminuye la tenacidad y aumenta la fragilidad. Por tanto, ajustándonos a la definición de la Real Academia, cabe convenir que: dureza, tenacidad, fragilidad... son propiedades del acero X; así como lo será la elasticidad en la goma de caucho, etc. Por todo ello, y buscando mayor efectividad en este tema, en los materiales es necesario distinguir: a) Propiedades Físicas. b) Propiedades Químicas. c) Propiedades Tecnológicas.
a) Propiedades Físicas Son las responsables del comportamiento de los materiales cuando se les somete a la acción de una fuerza o cualquier otra forma de la energía: calor, electricidad, etc. Los metales muestran un amplio abanico en sus propiedades físicas. Punto de fusión: varía entre los -39 °C del mercurio y los 3.410 °C del volframio. Densidad: el iridio, con una densidad relativa de 22,4, es el más denso. Por el contrario, el litio es el menos denso, con una densidad relativa de 0,53. Conductividad eléctrica: la más baja la tiene el bismuto, y la más alta a temperatura ordinaria la plata. Se suele reducir mediante aleaciones. Coeficiente de dilatación: Todos se expanden con el calor y se contraen al enfriarse. Ciertas aleaciones, como las de platino e iridio (comúnmente conocido como platino iridiado), tienen un coeficiente de dilatación extremadamente bajo.
Para un cuerpo en forma de barra, el coeficiente de dilatación lineal (cambio porcentual de longitud para un determinado aumento de la temperatura) puede encontrarse en tablas. Por ejemplo, el coeficiente de dilatación
Grado de dureza Rockwell en la escala C.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica
Dureza y resistencia: Aunque existen variaciones de uno a otro, en general tienen las siguientes propiedades: z dureza o resistencia a ser rayados/penetrados, P
f
D
P
d
2
d1
lineal del acero es de 12 × 10-6 K-1. Esto significa que una barra de acero se dilata en 12 millonésimas partes por cada kelvin (1 kelvin, o 1 K, es igual a 1 grado Celsius, o 1 ºC). Si se calienta un grado una barra de acero de 1 m, se dilatará 0,012 mm. Esto puede parecer muy poco, pero el efecto es proporcional, con lo que una viga de acero de 10 m calentada 20 grados se dilata 2,4 mm, una cantidad que debe tenerse en cuenta... (También se puede hablar de coeficiente de dilatación superficial de un cuerpo, cuando dos de sus dimensiones son mucho mayores que la tercera, y de coeficiente de dilatación cúbica, cuando no hay una dimensión que predomine sobre las demás.)
Método Vickers.
Las resistencias longitudinales más altas, para su utilización en ingeniería, se han conseguido elaborando, con tratamientos controlados de calor, aleaciones de acero, que se usan sobre todo para fabricar alambres. Los cables de sustentación de puentes, por ejemplo, se elaboran trenzando miles de cables finos, que presentan mayor resistencia que barras más gruesas con la misma sección total. Los materiales con estructuras toscamente cristalinas, como el hierro colado, presentan resistencias longitudinales muy bajas y se utilizan en las estructuras en elementos que sólo precisan resistencia a la compresión.
d
Método Brinell.
En Fabricación Mecánica la dureza se determina presionando una bolita o un cono de material duro sobre la superficie estudiada y midiendo el tamaño de la indentación. Los metales duros se indentan menos que los blandos. Un método para establecer la dureza de una superficie metálica se conoce como prueba de Brinell, en honor al ingeniero sueco Johann Brinell, quien inventó la máquina para medidas de dureza de metales y aleaciones. También existen otros métodos (Rockwell, Vickers, Shore...).
z elasticidad o capacidad de volver a su forma original después de sufrir deformación, z maleabilidad o posibilidad de cambiar de forma por la acción del martillo, z resistencia a la fatiga o capacidad de soportar una fuerza o presión continuadas, y z ductilidad o posibilidad de deformarse sin sufrir roturas. Las propiedades mecánicas son un grupo destacado dentro de las propiedades físicas de los materiales. Destacan para nosotros ya que se refieren a la forma de comportarse los materiales cuando, sobre ellos, actúan fuerzas.
Propiedades mecánicas La dureza está relacionada con la solidez, la durabilidad y la resistencia de sustancias sólidas, y, en sentido amplio, este término suele extenderse para incluir todas estas propiedades. z resistencia longitudinal o resistencia a la rotura.
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En nuestro ámbito se necesita saber cómo responden los cuerpos a fuerzas externas como la tensión, la compresión, la torsión, la flexión o la cizalladura. Suelen responder a dichas fuerzas con una deformación elástica (en la que el material vuelve a su tamaño y forma originales cuando se elimina la
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Materiales utilizados en fabricación mecánica fuerza externa), o con una deformación permanente, o con una fractura. Los efectos de una fuerza externa dependientes de la duración de la misma son: la plastodeformación y la fatiga (a continuación se definen). La tensión (aunque quizá lo correcto sería hablar de presión) es una fuerza que tira; por ejemplo, la fuerza que actúa sobre un cable que sostiene un peso. Bajo tensión, un cuerpo suele estirarse, y recupera su longitud original si la fuerza no supera el límite elástico del material. Bajo tensiones mayores, el cuerpo no vuelve completamente a su situación original, y cuando la fuerza es aún mayor, se produce la ruptura del material. R U
A fuerza
E
Lo
alargamiento
L
cias largas o la deformación de los componentes de máquinas y motores son ejemplos visibles de plastodeformación. En muchos casos, esta deformación lenta cesa porque la fuerza que la produce desaparece a causa de la propia deformación. Cuando la plastodeformación se prolonga durante mucho tiempo, el material acaba rompiéndose. La fatiga puede definirse como una fractura progresiva. Se produce cuando una pieza mecánica está sometida a un esfuerzo repetido o cíclico, por ejemplo: una vibración, o las piezas de un motor que gira a 3.500 revoluciones por minuto que pueden recibir un esfuerzo varios millones de veces en pocas horas. Aunque el esfuerzo máximo nunca supera el límite elástico, el cuerpo puede romperse incluso al poco tiempo ya que la fatiga no avisa. En algunos metales, como las aleaciones de titanio, puede evitarse la fatiga manteniendo la fuerza cíclica por debajo de un nivel determinado. En la fatiga no se observa ninguna deformación aparente, pero se desarrollan pequeñas grietas localizadas que se propagan por el material hasta que la superficie eficaz que queda no puede aguantar el esfuerzo máximo de la fuerza cíclica. El conocimiento del esfuerzo de tensión, los límites elásticos y la resistencia de los materiales a la plastodeformación y la fatiga son extremadamente importantes.
1 F 2 F
3
F 4 F
5 Lu
La compresión es una presión que tiende a causar una reducción de volumen. Cuando se somete un cuerpo a una fuerza de flexión, cizalladura o torsión, actúan simultáneamente fuerzas de tensión y de compresión. Por ejemplo, cuando se flexiona una varilla, uno de sus lados se estira y el otro se comprime.
Rotura por fatiga.
b) Propiedades Químicas Son las que determinan la reacción de los materiales cuando se ponen en contacto con otras materias, por ejemplo: la poca corrosión del acero inoxidable estando en contacto con el agua y el aire, mientras que el hierro se oxida y corroe con facilidad. Esa resistencia a la corrosión es una propiedad química. Es característico de los metales tener valencias positivas en la mayoría de sus compuestos. Esto significa que tienden a ceder electrones a los átomos con los que se enlazan. También tienden a formar óxidos básicos. Por el contrario, elementos no metálicos como el nitrógeno, el azufre y el cloro tienen valencias negativas en la mayoría de sus compuestos, y tienden a adquirir electrones y a formar óxidos ácidos. La plastodeformación es una deformación permanente gradual causada por una fuerza continuada sobre un cuerpo. Los materiales sometidos a altas temperaturas son especialmente vulnerables a esta deformación. La pérdida de presión gradual de las tuercas, la combadura de cables tendidos sobre distan-
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c) Propiedades Tecnológicas Son las que determinan el comportamiento de los materiales al ser trabajados por los procedimientos utilizados en la industria para su transformación.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica Básicamente, a los aceros, se les da forma (transformación) forjándolos y/o mecanizándolos. A estas propiedades, se las ha denominado forjabilidad y maquinabilidad, respectivamente.
Bloque 2. Materiales metálicos. Los metales son -aunque con menos diferencia en relación con otros- los materiales más empleados en Fabricación Mecánica y, se diferencian de los cuerpos no metálicos por una serie de características, entre otras: z Conductividad térmica. z Conductividad eléctrica.
Mecanizado de una pieza.
En este módulo, hablaremos de ellas en más de una ocasión, ya que intervienen en varios de los procedimientos que vamos a estudiar. Ejemplos de piezas que se obtienen inicialmente en forja y que posteriormente se mecanizan.
z Brillo: la facilidad con que reflejan la luz. Todos lo metales son brillantes, aunque a veces no lo parezcan; esto es debido a que, en contacto con el aire, se oxidan (excepto el oro, la plata y, en general, los «metales preciosos»; y de ahí procede su importancia).
Metales más utilizados en la industria mecánica En primer lugar está el hierro, que en sus distintas formas entra en casi todas las construcciones metálicas. Le siguen el aluminio, el cobre -empleado sobre todo en la industria eléctrica y en aleaciones-, el titanio, el plomo, estaño, zinc, níquel, etc.
Cigüeñal.
El hierro (Fe) El hierro es un metal blanco dúctil y maleable, cuyo peso específico2 es 7,86 kgf/dm3. Su punto de fusión está en 1.530 ºC, pero si contiene carbono, puede bajar hasta menos de 1.200 ºC. Antes de fundirse se reblandece y puede ser trabajado en caliente con facilidad.
Eje para piñón cónico.
Conduce medianamente bien la electricidad y puede imanarse y desimanarse fácilmente. El hierro empleado en la industria suele contener carbono en mayor o menor proporción y, entonces, varían sus propiedades.
Horquilla.
Llave. 2
Es habitual utilizar indistintamente -y confundir- densidad y peso específico, debido a que las tablas de valores de densidad y las de pesos específicos dan los mismos. Técnicamente no son cosas iguales: la densidad se refiere a la masa, y el peso específico se refiere al peso.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica Productos siderúrgicos
tal como se estudia en el módulo «Materiales empleados en Fabricación Mecánica».
Se denomina así a las sustancias férreas3 que han sufrido un proceso metalúrgico de elaboración.
La propiedad más importante de las fundiciones es ser fácilmente fusibles, permitiendo la realización de piezas, a veces sumamente complicadas, por medio de moldes.
Clasificación de los productos siderúrgicos
Clasificación de las fundiciones según el proceso de elaboración.
Los productos siderúrgicos son principalmente: a) El hierro. b) Las aleaciones de hierro con carbono, a saber: - Fundición. - Acero c) Ferroaleaciones, o aleaciones con otros elementos y sin carbono.
z Fundición de primera fusión o arrabio, que es tal como sale de los altos hornos, donde se obtiene. Se utiliza en forma de lingotes para refundir, o bien líquida, para la fabricación del acero. Raramente se utiliza para la obtención de piezas. z Fundición de segunda fusión, es la que se obtiene fundiendo de nuevo el lingote de primera fusión, habitualmente en un horno llamado cubilote. Es de gran importancia y utilizadísima en el taller de mecanizado.
La fundición suele -como término medio- contener del 1,7% al 4% de carbono. El acero tiene de ordinario menos del 1,7% de carbono, el cual está disuelto completamente en el hierro. Tanto la fundición como el acero pueden contener, además de carbono, otros elementos como el cromo, níquel, manganeso, etc., y en este caso se llaman fundiciones y aceros especiales.
a) Hierro
El hierro es hierro puro cuando la cantidad de impurezas es insignificante.
Se emplea en la obtención de gran cantidad de piezas para maquinaria, especialmente las que no necesitan propiedades mecánicas (dureza, resistencia, etc.) a un nivel importante, pero que tienen formas complicadas, por ejemplo: bancadas de las máquinas-herramientas, carcasas de cajas de engranajes de maquinaria...-, engranajes; siempre que no sean destinadas a trabajos duros.
En el hierro pudelado, que se obtiene por un procedimiento especial en estado pastoso, la cantidad de impurezas es notablemente mayor.
z Fundición maleable, en la que se ha conseguido cierta ductilidad y maleabilidad por medio de un tratamiento térmico.
Las aplicaciones del hierro pudelado son semejantes a las de los aceros comunes extrasuaves.
En general se utiliza para hacer más barata la fabricación de muchas piezas que han de ser tenaces y al mismo tiempo de forma complicada.
Se denomina así al producto siderúrgico que no contiene más que el elemento químico de este nombre, o bien, aun conteniendo otros elementos, éstos solamente tienen carácter de impurezas.
Observación: Al acero extrasuave no se le denomina hierro, aunque por su escaso contenido de carbono, prácticamente despreciable, pudiera ser incluido en esta clasificación. Sin embargo, tanto al acero extrasuave como al hierro pudelado, se les da, vulgar e impropiamente, el nombre de hierro dulce, denominación que tiende a desaparecer.
b) Aleaciones de hierro con carbono - Fundición Se llama fundición a la aleación de hierro y carbono que contiene entre el 1,7% y el 6% de carbono. Además, puede contener otros elementos. Sin embargo, no es la cantidad de carbono lo que caracteriza a las fundiciones, sino la forma en que éste se encuentra, 3
z Fundición endurecida o fundición templada, es la que ha adquirido una dureza mayor de la normal debido a un enfriamiento rápido. Clasificación de las fundiciones según su composición y estructura. z Fundición gris. Existe una gran variedad de fundiciones grises con diferente resistencia a la tracción. Los contenidos de silicio (Si) por sección forman varias estructuras, de las cuales, la más baja -grafito fino así como perlita fina- hacen los materiales más fuertes y tenaces. La resistencia varía considerablemente con relación a su área. Un tipo de fundición gris que se utiliza mucho en mecanizado tiene un contenido de un 2% de silicio.
De hierro o que están formadas en gran parte de hierro.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica z Fundición nodular (SG). El grafito se encuentra en nódulos redondos. El magnesio es utilizado para depositar los glóbulos y se añade para formar la aleación níquel-magnesio. La resistencia, tenacidad y ductilidad son mejoradas considerablemente. Se pueden encontrar fundiciones nodulares ferríticas, perlíticas, así como martensíticas con diferentes resistencias. z Fundición blanca. En la fundición blanca todo el carbono, o la mayor parte de él, queda disuelto o combinado con el hierro de tal manera que, vista al microscopio, no se ven láminas de grafito. Se llama así porque el color de la superficie de rotura es blanco. La fundición blanca es más dura, pero más frágil que la gris. No se suele emplear para hacer piezas de segunda fusión en moldería corriente, sino para conversión o afino y para fundir piezas que luego han de ser transformadas en fundición maleable. Los frenos de los trenes suelen ser de fundición blanca. z Fundición aleada. Se denomina hierro fundido aleado cuando contiene grandes cantidades de elementos aleados y, generalmente, éstos producen los mismos efectos sobre las propiedades de la fundición que sobre los aceros. Los elementos aleados son utilizados para mejorar sus propiedades afectando la estructura. Los más comunes son el níquel, cromo, molibdeno, vanadio y cobre. El grafito libre en la fundición blanca es extremadamente resistente al desgaste. Otras mejoras típicas son la tenacidad, dureza y resistencia al calor. - Acero El acero es una aleación de hierro y carbono en la cual la proporción de este elemento es menor que en la fundición. En el acero nunca se encuentra libre el carbono, sino disuelto completamente. También puede contener otros elementos.
Generalmente se consideran aceros las aleaciones de hierro y carbono que contiene menos del 1,7% de carbono, aunque de ordinario no pase del 1%. Excepcionalmente, en algunos aceros especiales puede llegar al 2%. Clasificación de los aceros según su composición. a) b) c) d) e)
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Aceros al carbono. Aceros especiales o aleados. Aceros de baja aleación ultrarresistentes. Aceros inoxidables. Aceros de herramientas.
a) Aceros al carbono. Aunque inicialmente eran aquellos que no contenían más elementos que el hierro y el carbono (también llamados binarios, porque sólo contenían dos elementos), prescindiendo de las impurezas, actualmente más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción -de acero-, cascos de buques, etc. En función del tanto por ciento de carbono se dividen en: Hipoeutectoides Eutectoides Hipereutectoides
C>0,89% C=0,89% C<0,89%
b) Aceros especiales o aleados. Son los que contienen además otros elementos: cromo, níquel, etc. Los aceros aleados son ternarios si contienen tres elementos -hierro, carbono y otro metal-, cuaternarios, si cuatro, y en general, complejos, si contienen más de dos elementos además del hierro y el carbono. Los elementos de aleación más corrientes son: níquel, cromo, molibdeno, manganeso, wolframio, vanadio y silicio; pero también se emplean otros como el cobre, el plomo, etc. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, etc. c) Aceros de baja aleación ultrarresistentes. Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. d) Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos períodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica e) Aceros de herramientas. Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas, cabezales de corte, modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación. Contienen wolframio, molibdeno y otros elementos de aleación, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad. Clasificación de los aceros según el método de obtención. Según el método de obtención, se clasifican los aceros en: a) Aceros comunes.
Serie
1 Aceros finos de construcción general
2 Aceros para usos especiales
3 Aceros resistentes a la oxidación y corrosión
b) Aceros finos. Se llaman aceros comunes los obtenidos en el convertidor Bessemer o Thomas y en el horno Siemens básico. Y aceros finos, los que obtienen por otros procedimientos (horno Siemens ácido, horno eléctrico, horno de crisol, y convertidor LD (Linz-Donawitz). Clasificación de los aceros según norma UNE 36010 (esta norma ha sido sustituida por la UNE-EN 10027-1992, por tanto ya no está vigente. La referenciamos aquí porque todavía se utiliza en algunos sectores):
Grupo
Propiedades / Aplicaciones
1. Finos al carbono. 2 y 3. Aleados de gran resistencia. 4. Aleados de gran elasticidad. 5 y 6. De cementación. 7. De nitruración.
Propiedades: Son no aleados. Cuanto más carbono contienen son más duros y menos soldables, pero también más resistentes a los choques. Se incluyen también aceros con tratamientos térmicos y mecánicos específicos para dar resistencia, elasticidad, ductabilidad y dureza superficial. Aplicaciones: Necesidades generales de la ingeniería de construcción, tanto industrial como civil y comunicaciones.
1. 2. 3. 4. 5.
Propiedades: Generalmente son aceros aleados o tratados térmicamente. Aplicaciones: Grupos 1 y 2: Tornillería, tubos y perfiles. Grupo 3: Núcleos de transformadores, motores de bobinado. Grupo 4: Piezas de unión de materiales férricos con no férricos sometidos a temperatura. Grupo 5: Instalaciones químicas, refinerías y para altas temperaturas.
De fácil mecanización. De fácil soldadura. De propiedades magnéticas. De dilatación térmica específica. Resistentes a la fluencia.
1. Inoxidables. 2 y 3. Resistentes al calor.
Propiedades: Basados en la adición de cantidades considerables de cromo y níquel, a los que se suman otros elementos para otras propiedades más específicas. Resistentes a ambientes húmedos, a agentes químicos y a altas temperaturas. Aplicaciones: Grupo 1: Cuchillería, elementos de máquinas hidráulicas, instalaciones sanitarias, piezas en contacto con agentes corrosivos. Grupos 2 y 3: Piezas de hornos emparrillados, válvulas y elementos de motores de explosión y, en general, piezas sometidas a corrosión y temperatura. Propiedades:
5 Aceros para herramientas
1. Al carbono para herramientas. 2, 3 y 4. Aleados para herramientas. 5. Rápidos.
Son aceros aleados con tratamientos térmicos que les dan características muy particulares de dureza, tenacidad y resistencia al desgaste y a la deformación por calor. Aplicaciones: Grupo 1: maquinaria de trabajos ligeros en general, desde la carpintería y agrícola, hasta de máquinas. Grupos 2, 3 y 4: Para maquinaria con trabajos más pesados. Grupo 5: Para trabajos y operaciones de desbaste y de mecanización rápida que no requieran gran precisión. Propiedades:
8 Aceros de moldeo
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1. Al carbono de moldeo de usos generales. 3. De baja radiación. 4. De moldeo inoxidables.
Para verter en moldes de arena, por lo que requieren cierto contenido mínimo de carbono que les dé maleabilidad. Aplicaciones: Piezas de formas geométricas complicadas, con características muy variadas. Estrictamente hablando no difieren de los aceros de otras series y grupos más que en su moldeabilidad.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica SISTEMAS DE DESIGNACIÓN DE LOS ACEROS UNE-EN 10027- 1992: PARTE 1. DESIGNACIÓN SIMBÓLICA
Número de Grupo de Material: 1: Acero Número de Grupo:
Grupo 1: Aceros definidos por su aplicación o características mecánicas o físicas.
Aceros no aleados:
S (construcción metálica) - Acompañados del límite elástico en N/mm2
z Aceros de base: 00 z Aceros de calidad: 01 02 03 04 05 06 07 z Aceros especiales: 10 11 12 13 15 16 17 18
P (recipientes a presión) - Acompañados del límite elástico en N/mm2 L (tuberías) - Acompañados del límite elástico en
N/mm2
E (construcción mecánica) - Acompañados del límite elástico en N/mm2 B (hormigón armado) - Acompañados del límite elástico en N/mm2 Y (pretensado) - Acompañados del límite de rotura en N/mm2 R (carriles) - Acompañados del límite de rotura en N/mm2 H (planos laminados en frío de alta resistencia para deformación en frío) z Acompañados del límite elástico en N/mm2. z Acompañados de la letra T seguida del límite de tracción. D (planos para deformación en frío) z Acompañados de la letra C para laminados en frío. z Acompañados de la letra D para laminados en caliente. z Acompañados de la letra X para laminados sin especificar y dos símbolos que caracterizan el acero, asignados por el organismo identificador. Grupo 2: Aceros definidos por su composición química. Aceros no aleados con Mn<1%: z Letra C acompañados del contenido de carbono/100. Aceros no aleados con Mn>1%, de fácil mecanización y aleados <5%: z Contenido de carbono/100, elementos químicos característicos y su contenido: -
Cr Co Mn Ni Si W x4 Al Be Cu Mo Nb Pb Ta Ti V Zr x10 Ce N P S x100 B x1000
Aceros aleados >5%:
z Aceros de calidad: 08 09 z Aceros especiales: z Aceros para herramientas: 20 z Aceros de grupos diversos: 30 z Aceros inoxidables y refractarios: 40 z Aceros de construcción: 50, 60, 70, 80 ACEROS NO ALEADOS Aceros de base: 1.00: Aceros de base. Aceros de calidad: 1.01: Aceros de construcción de uso general Rt<500. 1.02: Aceros de construcción de uso especial sin tratamiento Rt<500. 1.03: Aceros C<0,12, Rt<400. 1.04: Aceros C(0,12, 0,25) Rt(400,500). 1.05: Aceros C(0,25, 0,55) Rt(500,700). 1.06: Aceros C>0,55 Rt>700. 1.07: Aceros altos en P o S. Aceros especiales: 1.10: Aceros con propiedades físicas particulares. 1.11: Aceros de construcción C<0,50. 1.12: Aceros de construcción C>0,50. 1.13: Aceros de construcción con prescripciones especiales. 1.15: Aceros para herramientas. 1.16: Aceros para herramientas. 1.17: Aceros para herramientas. 1.18: Aceros para herramientas. ACEROS ALEADOS Aceros de calidad: 1.08: Aceros con propiedades físicas particulares. 1.09: Aceros para otras aplicaciones. Aceros especiales para herramientas:
PARTE 2. DESIGNACIÓN NUMÉRICA
1.20: Cr. 1.21: Cr-Si, Cr-Mn, Cr-Mn-Si. 1.22: Cr-V, Cr-V-Si, Cr-V-Mn, Cr-V-Mn-Si. 1.23: Cr-Mo, Cr-Mo-V, Mo-V. 1.24: W, Cr-W. 1.25: W-V, Cr-W-V. 1.26: W distintos al 24, 25, 27. 1.27: Con Ni. 1.28: Otros.
Estructura:
Aceros especiales de grupos diversos:
z Letra X, contenido de carbono/100, elementos característicos en orden decreciente de su contenido y su contenido. Aceros rápidos: z Letras HS y los contenidos de W Mo V Co.
1(nº de grupo de material) XX(nº de grupo de acero) XX (Nº de orden)
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Aceros aleados:
1.32: Aceros rápidos con Co. 1.33: Aceros rápidos sin Co.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica 1.35: Aceros para rodamientos. 1.36: Materiales sin Co con propiedades. 1.37: Materiales con Co con propiedades magnéticas. 1.38: Materiales sin Ni con propiedades físicas particulares. 1.39: Materiales con Ni con propiedades físicas particulares. Aceros especiales inoxidables y refractarios: 1.40: Aceros inoxidables Ni<2,5 sin Mo Nb Ti. 1.41: Aceros inoxidables Ni<2,5 con Mo sin Nb Ti. 1.43: Aceros inoxidables Ni>2,5 sin Mo Nb Ti. 1.44: Aceros inoxidables Ni>2,5 con Mo sin Nb Ti. 1.45: Aceros inoxidables con adiciones especiales. 1.46: Aceros inoxidables y refractarios. Aleaciones de Ni. 1.47: Aceros refractarios Ni<2,5. 1.48: Aceros refractarios Ni>2,5. 1.49: Materiales con propiedades a temperaturas elevadas. Aceros especiales de construcción: 1.50: Mn-Si-Cu. 1.51: Mn-Si, Mn-Cr. 1.52: Mn-Cr, Mn-V, Si-V, Mn-Si-V. 1.53: Mn-Ti, Si-Ti. 1.54: Mo, Nb, Ti, V, W. 1.55: B, Mn-B, Mn<1,65. 1.56: Ni. 1.57: Cr-Ni con Cr<1,0 1.58: Cr-Ni con Cr(1,0, 1,5). 1.59:Cr-Ni con Cr(1,5, 2,0). 1.60: Cr-Ni con Cr(2,0, 3,0). 1.62: Ni-Si, Ni-Mn, Ni-Cu. 1.63: Ni-Mo, Ni-Mo-Mn, Ni-Mo-Cr, Ni-Mo-V, Ni-Mn-V. 1.65: Cr-Ni-Mo con Mo<0,4 y Ni<0,2. 1.66: Cr-Ni-Mo con Mo<0,4 y Ni(2,0, 3,5). 1.67: Cr-Ni-Mo con Mo<0,4 y Ni(3,5, 5,0) o Mo<0,4. 1.68: Cr-Ni-V, Cr-Ni-W, Cr-Ni-V-W. 1.69: Cr-Ni excepto 1.57 a 58 1.70: Cr, Cr-B. 1.71: Cr-Si, Cr-Mn, Cr-Mn-B, Cr-Si-Mn. 1.72: Cr-Mo con Mo<0,35, Cr-Mo-B. 1.73: Cr-Mo con Mo>0,35. 1.75: Cr-V con Cr<2,0. 1.76: Cr-V con Cr>2,0. 1.77: Cr-Mo-V.
A
B
1.79: Cr-Mn-Mo, Cr-Mn-Mo-V. 1.80: Cr-Si-Mo, Cr-Si-Mn-Mo, Cr-Si-Mo-V, Cr-Si-Mn-Mo-V. 1.81: Cr-Si-V, Cr-Mn-V, Cr-Si-Mn-V. 1.82: Cr-Mo-W, Cr-Mo-W-V. 1.84: Cr-Si-Ti, Cr-Mn-Ti, Cr-Si-Mn-Ti. 1.85: Aceros para nitruración. 1.87: Aceros no destinados a tratamiento térmico. 1.88: Aceros soldables de alta resistencia no destinados a tratamiento térmico. 1.89: Aceros soldables de alta resistencia no destinados a tratamiento térmico.
Formas comerciales de los aceros Los aceros, tanto los comunes como los finos o los de herramientas, se suelen presentar en el comercio en forma de perfiles laminados, o sea en forma de barras de secciones diversas, obtenidas haciendo pasar los lingotes de acero en bruto al rojo entre paredes de rodillos acanalados, que al girar comprimen al acero y le dan forma. Algunas de las secciones de las formas acabadas obtenidas por laminación se pueden ver a continuación: Son las siguientes: a) Viga. Producto cuya sección tiene la forma de I -también se le llama doble T- (A), de ala ancha(Q) -también llamada grey-. b) Perfil en U (B). c) Angular. De lados iguales (C), de lados desiguales (D), camero (E). d) Perfil en Z (F). e) Perfil en T (O), ancho (P). f) Redondo. De sección circular (G). g) Cuadrado (H). h) Hexagonal. Su sección es un hexágono (I). i) Pasamanos. Cuya sección es la representada en J. j) Medio redondo. Su sección es un semicírculo (K).
C
D
J G
H
I
E
K
F
L M N
O
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P
Q
R
S
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Materiales utilizados en fabricación mecánica k) Hierros planos. Se clasifican en llantas, pletinas, flejes y planos anchos: - Llanta. Producto de sección rectangular cuyo grueso varía de 10 a 100 mm (L). - Pletina. Producto de sección rectangular cuyo grueso está comprendido entre 4 y 10 mm y el ancho entre 10 y 200 mm (M). - Fleje. Producto de sección rectangular, de grueso menor de 4 mm y ancho menor de 200 mm (N). - Plano ancho. Producto de sección rectangular, cuyo ancho puede ser de 200 a 600 mm y el grueso de 4 a 10 mm. l) Chapa. Producto plano de ancho superior a 600 mm. La chapa se clasifica según su espesor en gruesa (de 6 mm o más), media (de 3 a 6 mm) y fina (de menos de 3 mm). La chapa es generalmente lisa pero también se puede obtener con la superficie estriada o de otras maneras. Además, existe en el comercio la chapa ondulada, chapa perforada, etc. m) Carril. Es un producto de sección especial, a propósito para que rueden sobre él, según sus formas, ferrocarriles, tranvías, puertas correderas, etc. Tiene una parte inferior (patín) destinada al apoyo y otra parte superior (cabeza) destinada a la rodadura, unidas por un alma. Pueden verse en R (para ferrocarriles) y S (para tranvías).
Otros productos de acero
Anillos dentados obtenidos por proceso de sinterizado.
Perfiles y chapas normalizados Los perfiles y chapas que se han mencionado antes no se fabrican de cualquier dimensión arbitraria, sino en una serie de medidas normales convenientemente graduadas. Por tanto, cuando se trata de efectuar un trabajo, es conveniente conocer cuáles son las medidas de los productos que podemos encontrar en el comercio. Para ello es preciso consultar los catálogos de los fabricantes y las hojas de las normas ISO y UNE.
Cobre (Cu) Propiedades Peso específico: 8,9 kgf/dm3. Punto de fusión: 1.083 °C. Mineral: calcopirita.
El cobre es un metal rojo -más o menos oscuro-, muy dúctil y maleable, lo que hace que pueda forjarse y laminarse en frío y en caliente. Puede ser prensado en caliente y muy adelgazado en frío -lo que aumenta su acritud-. Son ventajas del cobre el ser sumamente flexible y resistir a los agentes atmosféricos y a la mayor parte de los líquidos que se emplean en la industria. Otra propiedad muy importante es que, después de la plata, es el metal mejor conductor del calor y la electricidad. Aplicaciones Perfiles extrusionados.
El cobre se usa puro en muchas aplicaciones, especialmente para conductores eléctricos, y hasta no hace mucho tiempo, en la construcción de algunas piezas de máquina, por ejemplo, cojinetes.
Además de esos productos, hay otros que se obtienen por procedimientos distintos, como laminaciones especiales (tubos), trefilados (alambres), extrusionados, productos estampados y embutidos, microfusión y sinterizados.
En nuestro ámbito, actualmente donde tiene una aplicación más directa es en los electrodos para máquinas de electroerosión (se le suele denominar Cobre electrolítico) y éstas son sus propiedades mecánicas:
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Materiales utilizados en fabricación mecánica
Módulo de elasticidad
Resistencia
Límite elasticidad
Alargamiento
Dureza
N/mm2
N/mm2
%
HB.
DURO
343
295
5
80
SEMIDURO
275
235
12
72
RECOCIDO
216
69
40
42
11.770 – 13.245
(daN/mm2)
Forma también parte de numerosas aleaciones. Se dice de una aleación, que es una aleación de cobre cuando en ella entra el cobre con preponderancia sobre los demás elementos que la componen. Una clasificación general de las aleaciones del cobre es la siguiente: Aleaciones del cobre
{
latones bronces otras aleaciones
Bronces Las aleaciones de cobre y estaño donde predomina el cobre se llaman bronces. También se llaman bronces las aleaciones con otros metales, siempre que predomine notablemente el cobre, como bronce de aluminio (aleación de cobre y aluminio), bronce de silicio, bronce de magnesio, etc. Tanto los bronces laminados como los fundidos pueden ser bronces fosforosos y bronces especiales. Los bronces fosforosos están formados solamente por cobre y estaño (bronces puros de estaño). Se llaman fosforosos, porque en su fabricación se emplea el fósforo como desoxidante. Se llaman bronces especiales aquellos que contienen otros metales distintos del estaño.
Latones Los latones son aleaciones cuyos componentes principales son el cobre y el zinc. Se emplean mucho en barras para tornillería y otras piezas de maquinaria; en plancha y tubos para quincalla, instrumentos de física y multitud de piezas de electricidad. Hay latones laminados y latones fundidos. Éstos tienen menos cobre y suelen tener más tolerancia en cuanto a su composición.
Dentro de esta clasificación hay muchos tipos de bronces, como el bronce de cañones, el bronce de campanas, que es muy duro, sonoro y difícil de trabajar, bronces de objetos artísticos, fácilmente fusibles y que dan superficies muy limpias de varias composiciones, según los efectos que se trate de obtener, bronce de medallas, etc. Pero los que más nos interesan son los bronces que se utilizan en la construcción de maquinaria.
Los tipos de latones más importantes son: la tumbaga (10 a 20% de Zn), el latón para chapas (45% de Zn), el latón para tornillos y piezas con buena maquinabilidad (40% de Zn, 2% de Pb), el latón de soldadura (50% de Zn), etc.
Semicojinetes de bronce.
Los tipos de bronces de maquinaria más corrientes son el bronce fosforoso laminado (5 a 10% de zinc), el bronce de aluminio (de 5 a 10% Al), el bronce fosforoso de cojinetes (hasta 15% de Sn), el bronce de engranajes, el bronce rojo o azófar, que contiene estaño y zinc, etc. A continuación, en la tabla, podemos ver las composiciones más utilizadas. COMPOSICIÓN
PROPIEDADES Y APLICACIONES
Sin composición Es la aleación más empleada para trabajos de velocidades y presiones normales. Además, tiene aplicación para casdeterminada quillería de maquinaria, automóviles y ballestas, accesorios de ferrocarril, bombas de agua, etc. Cobre 85% Estaño 5% Zinc 5% Plomo 5%
Piezas en general que requieran resistencia a la tracción y buena estanqueidad a la presión hidrostática de vapor, válvulas de baja presión, racores de tubería, piezas pequeñas de bomba, cojinetes blandos cabeza de biela, guías válvula, etc.
Cobre 85% Estaño 7,5% Zinc 5% Plomo 3%
Bronce aplicable para casquillería y cojinetes de maquinaria, soporta golpeteo y velocidades medias. Recomendable en casquillos de gran desgaste, guías de válvulas y émbolos.
Cobre 90% Estaño 10%
Bronce fosforoso fabricado con materias de primera calidad. Se recomienda para trabajos de responsabilidad y garantía en cojinetes, casquillería, ruedas dentadas, etc.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica COMPOSICIÓN
PROPIEDADES Y APLICACIONES
Cobre 88% Estaño 12%
Bronce para cargas pesadas y cojinetes sometidos a grandes esfuerzos, también para poleas y ruedas dentadas y piezas de gran calidad.
Cobre 86% Estaño 14%
Bronce fosforoso fabricado con materias de primera calidad, se recomienda para casquillos y cojinetes que tengan que soportar grandes cargas, así como piezas de mucho desgaste, o sea ruedas dentadas y tornillos sinfín.
Cobre 78 a 82% Estaño 9 a11% Plomo 8 a 11%
Esta aleación tiene grandes propiedades de plasticidad y antifricción, puede ser usada para cojinetes donde las condiciones de lubricación no sean perfectas, ya que el alto contenido de plomo evita el agarrotamiento. Es aconsejable con líquidos sulfurosos en la industria del papel, no raya los árboles de contacto.
Cobre 78 a 81% Aluminio 10% a 11,5% Níquel 3 a 5% Hierro 3 a 5%
Piezas resistentes a la corrosión en las industrias químicas. Ácidos y agua de mar en los productos alimenticios, del petróleo y minería. Cárters, tornillos sinfín y ruedas dentadas, armaduras de sistemas de vapor sobre calentado. Para aviación: guías de válvulas, asientos de válvulas y tuercas de sujeción de hélices.
Habitualmente, estos materiales se suministran en barras macizas y huecas, con distintos perfiles: redondos, cuadrados, rectangulares, hexagonales. También suelen suministrarse bajo forma de piezas fundidas por moldeo y casquillería en general.
∅ E esfera ∅d
Diversas formas de cojinetes (serie) de bronce autolubricados. L chaflanes 0,5 a 45º
Esféricos. ∅E esfera
∅C ∅d
L
L
∅d ∅D
Cilíndricos.
Esféricos con cuello.
∅ D’ ∅ d e r=0,5 a 1
chaflanes 0,5 a 45º
En barra (maciza y hueca para mecanizar).
L
Otras aleaciones ∅ D
Cilíndricos con valona.
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Cobre – Cromo. El que se utiliza comúnmente para la soldadura por puntos y especialmente en electrodos de forma.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica Cobre – Cromo – Zirconio. Se utiliza para roldanas y electrodos rectos o ligeramente curvados, en la soldadura por puntos de chapa de acero dulce y, en general, para aceros recubiertos. Cobre – Cobalto – Berilio. Para la soldadura por puntos y por roldanas de acero inoxidable y acero refractario, así como, en general, para la soldadura por protuberancias y a tope. Sinterizado de Cobre – Tungsteno. Para revestimientos de electrodos de soldadura por protuberancias. Tungsteno. Para la soldadura fuerte de resistencia y por puntos de cobre y materiales de alta conductividad.
Aluminio (Al)
El aluminio es un metal blando muy dúctil y maleable, muy ligero, casi inalterable al aire y buen conductor de la electricidad. No existe libre, pero combinado es abundantísimo en la naturaleza, formando parte de muchas rocas y tierras.
Propiedades
Sus propiedades mecánicas dependen de su pureza. Cuanto más puro sea el metal, tanto mayor es su resistencia y su dureza.
Peso específico: 2,7 kgf/dm3. Punto de fusión: 658 °C. Mineral: bauxita.
Puede soldarse por varios procedimientos (por soplete de gas, por resistencia eléctrica o por arco voltaico), pero la soldadura del aluminio es difícil por la capa de óxido que se forma. Los remaches de aluminio no aleado pueden colocarse en frío. Se trabaja bien con herramientas de corte a grandes velocidades. Aplicaciones Por su ligereza, unida a suficiente tenacidad y su inalterabilidad a los agentes atmosféricos, alcanza el aluminio cada vez más numerosas aplicaciones. Sin embargo, excepto en usos eléctricos y de recubrimiento rara vez se usa el aluminio puro, sino que se mejoran sus cualidades en aleaciones apropiadas. Hasta no hace mucho, las aplicaciones principales del aluminio se encontraban en los campos de la aviación, construcción naval, ferrocarriles, automóviles, bicicletas y motocicletas, maquinaria ligera, electricidad, aplicaciones domésticas y, en general, siempre que se necesitaba un metal ligero, inoxidable (¿...?) y de suficiente resistencia. Actualmente, los campos de aplicación se han extendido y abarcan prácticamente todos los sectores industriales, con todo tipo de aleaciones... Sería muy larga la descripción de todas las aleaciones actuales -más o menos homologadas-, pero para hacernos una idea, veamos la influencia de algunos elementos en las aleaciones: z El cobre es uno de los primeros elementos que se utilizaron para la aleación del aluminio. Aumenta notablemente su resistencia mecánica, así como también su colabilidad. Se emplea en porcentajes de 4% para aleaciones de forja. Da mayor resistencia en caliente a las aleaciones de aluminio, pero disminuye su resistencia a la corrosión. z El zinc aumenta la colabilidad aún más que el cobre, pero disminuye algo las propiedades mecánicas de las aleaciones, especialmente en cuanto se refiere a su resistencia al choque. Las aleaciones de zinc son frágiles.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica z El silicio es uno de los más interesantes elementos de aleación; se emplea en porcentajes del 9 al 12%, aumentando extraordinariamente la colabilidad, y produciendo las aleaciones llamadas siluminios que son actualmente de las más empleadas como aleaciones de moldeo. z El níquel se utiliza para obtener aleaciones de aluminio de gran resistencia, pero no se suele emplear en forma de aleaciones de moldeo, porque disminuye su colabilidad, empleándose casi exclusivamente en piezas forjadas y en aleaciones que contienen además cobre y magnesio. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio que contienen níquel es relativamente baja. z El manganeso se emplea también para aleaciones de forja, aumenta la resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio, de tal forma que incluso llega a hacerlas resistentes a la acción del agua de mar; mejora además las características mecánicas. z El titanio aumenta la resistencia a la fatiga de las aleaciones de aluminio que, por otra parte, no es muy elevada; se emplea en algunas aleaciones para émbolos y piezas que trabajan mecánicamente. z El magnesio forma con el aluminio una extensa gama de aleaciones: unas aleaciones de forja y otras de moldeo. Mejora las características de resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio. También forma aleaciones en las cuales el elemento dominante es el magnesio, que por tener una densidad inferior a la del aluminio se llaman aleaciones ultraligeras. En general, la composición de las aleaciones ligeras actualmente empleadas es bastante compleja; es corriente el uso de aleaciones con tres o cuatro elementos, además del aluminio que es su componente básico. Normalmente, uno de los elementos es el que da a la aleación sus características dominantes, y los restantes se utilizan para modificar, mejorándolas, estas características, o para añadir otras complementarias para usos determinados.
Aleaciones ultraligeras El bajo peso específico del magnesio ha dado lugar también a su utilización para la fabricación de piezas en las cua4
les se requiere una gran ligereza. El magnesio se emplea aleado principalmente con el aluminio, el zinc y el manganeso, dando lugar a las aleaciones que toman el nombre genérico de electrón. Estas aleaciones no llegan a tener características mecánicas tan elevadas como el aluminio, pero en cambio su peso específico es notablemente inferior al de aquéllas: oscila entre 1,75 y 1,80. El empleo de estas aleaciones presenta ciertas dificultades tecnológicas, ya que no son deformables en frío, y por otra parte la notable contracción que experimentan al solidificarse, hace difícil su empleo en forma de piezas fundidas, salvo que se estudie perfectamente el diseño, a fin de que la contracción no produzca grietas o roturas en caliente. Existen diversos tipos destinados a su empleo, bien sea en fundición, bien sea en forja. Estos últimos se forjan a temperaturas comprendidas entre 300 °C y 400 °C. Otro de los inconvenientes que presentan las aleaciones de magnesio es su falta de resistencia a la corrosión y el ataque que experimentan por el agua o la humedad, por lo cual tienen que ser protegidas, pintándolas o por procedimientos químicos especiales. El campo de empleo de estas aleaciones está reducido casi exclusivamente a la fabricación de algunas piezas y motores de aviación (rodetes para compresores centrífugos, etc.).
Estaño (Sn) Propiedades Peso específico: 7,3 kgf/dm3. Punto de fusión: 232 °C. Mineral: casiterita.
El estaño puro tiene un color blanco muy brillante. Es medianamente blanco, flexible y maleable en frío, pero agrio y quebradizo en caliente. A la temperatura ordinaria es inalterable al aire, pero se oxida fácilmente fundido. Es muy fusible. Las impurezas le influyen muy desfavorablemente y lo hacen quebradizo4. El plomo y el cobre en cambio aumentan su resistencia.
El estaño en estado de pureza emite un sonido especial al intentar doblarlo (grito del estaño).
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Materiales utilizados en fabricación mecánica
Aplicaciones
Aleaciones de plomo y estaño
El estaño se emplea en forma de chapa de poco espesor y en hojas hasta de 0,01 mm de espesor llamadas papel de estaño, que sirve para recubrimientos.
El plomo y el estaño forman parte de numerosas aleaciones en las que a menudo interviene también el antimonio. Los principales tipos de dichas aleaciones son los siguientes:
Pero las principales aplicaciones del estaño son sus aleaciones, y los recubrimientos de otros metales para evitar su corrosión, especialmente del cobre y del hierro. El estaño es, absolutamente necesario en el caso de utensilios de cocina de cobre, para evitar la formación del cardenillo, sumamente venenoso.
a) Soldadura blanda. La soldadura blanda o soldadura de estaño es una aleación de estaño y plomo, con una proporción de estaño que varía del 25 al 90%, según los usos a que se destine: soldadura de tubería de plomo, de cobre, de zinc, de la hojalata, de aparatos eléctricos, etc. b) Metal antifricción. Se llaman así ciertas aleaciones utilizadas para los cojinetes que deben tener:
El estañado del hierro se emplea principalmente en la hojalata para proteger al hierro contra la oxidación. La hojalata consiste en una chapa muy fina de acero dulce recubierta con una delgada capa de estaño. Tiene muchas aplicaciones, especialmente en trabajos de embutido y fabricación de latas para conservas.
Plomo (Pb) Propiedades Peso específico: 11,34 kgf/dm3. Punto de fusión: 327 ºC. Mineral: galena.
1º) Resistencia suficiente a la carga. 2°) Pequeño rozamiento con el metal del eje. 3°) Poco desgaste al roce. 4°) Poca dilatabilidad. 5°) Buena plasticidad para que se adapte pronto a la forma del eje. En estas aleaciones vistas al microscopio se observan cristales de aleación dura sumergidos en una masa de aleación blanda. Se venden en general en el comercio en barras o pequeños lingotes para fundirlas y colarlas directamente sobre el soporte del cojinete en muchos casos. En general son de un punto de fusión más bien bajo y, en caso de agarrotamiento por falta de engrase, funden antes que estropear los ejes. c) Metal de imprenta. Son aleaciones que se emplean para los tipos de imprenta o las máquinas de componer. d) Plomo duro. El plomo duro, como se dijo anteriormente, es una aleación de plomo con un 10% de antimonio. Se emplea en multitud de objetos: juguetes, imágenes, antiguamente para cubiertos económicos, etc.
Zinc (Zn) Propiedades El plomo es un metal blanco grisáceo, brillante cuando está recién cortado, aunque pierde este brillo por oxidarse su superficie. Es muy pesado, muy blando, hasta el punto de dejarse rayar por la uña, flexible, algo dúctil y muy maleable.
Peso específico: 7,5 kgf/dm3. Punto de fusión: 419 °C. Minerales: blenda y calamina5.
Es, en cambio, poco resistente y se deforma fácilmente aun con pequeños esfuerzos. Se funde muy fácilmente. Aplicaciones Por su cualidad de resistir muy bien a los agentes atmosféricos y químicos -antiguamente- se empleaba para tuberías de agua y otros líquidos. También se utiliza como revestimiento interior de aparatos con componentes radioactivos y de química. El plomo se puede emplear puro (plomo blando) o aleado con 10% de antimonio (plomo duro). Los óxidos de plomo (minio, albayalde) se emplean como pinturas protectoras para impedir la oxidación de las construcciones metálicas. 5
Además del mineral de zinc, se llama con frecuencia calamina al zinc fundido.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica El zinc es un metal blanco azulado, aunque se cubre pronto de una pátina gris que lo protege contra el ataque de los agentes atmosféricos. Fundido y frío es frágil y poco resistente y no es maleable. En cambio en caliente (entre 120° y 150 °C) se puede laminar y así, además de poderle dar la forma conveniente, adquiere más resistencia. Es un metal más bien blando. Aplicaciones
Descripción General Descubierto por William Gregor en 1791 en Creed, Cornualles, Inglaterra e independientemente por M.H. Klaproth en 1795 en Berlín, Alemania. El titanio es un metal plateado, duro y lustroso que puede obtenerse mediante magnesiotermia, es decir, reduciendo a temperatura elevada el tetracloruro de titanio con magnesio. Es un elemento abundante en la naturaleza.
El zinc se emplea para la fabricación de muchas aleaciones de otros metales (latón, tumbaga, azófar, etc.) y para proteger otros metales.
Forma un recubrimiento de óxido autoprotector y de hecho resiste a la corrosión. Sin embargo, el metal en polvo arde al aire. El titanio tiene tendencia a ser inerte a temperaturas bajas pero combina con muchos reactivos a temperaturas altas.
Como metal puro fundido rara vez se emplea por su poca resistencia. Tiene en cambio grandísima aplicación el zinc laminado en forma de chapa (lisa u ondulada) para recubrimiento de tejados, canalones, tubos, bajantes de lluvia, etc.
El titanio y sus aleaciones se caracterizan por su ligereza, su tenacidad y su resistencia a la corrosión y se emplean principalmente en aplicaciones aeroespaciales. Estas propiedades también hacen que este material sea adecuado para aplicaciones médicas (por ejemplo, sustitución de la articulación de la cadera).
El acero dulce recubierto de zinc, comúnmente se le denomina hierro galvanizado. Las chapas y alambres de hierro galvanizado, resisten muy bien la oxidación producida por los agentes atmosféricos.
Titanio (Ti) Propiedades Densidad a 20 ºC (g/cm-3): 4,5. Punto de fusión: 1.660 °C. Punto de ebullición: 3.287 °C.
El dióxido de titanio (TiO2) es un polvo blanco muy estable e inerte, prácticamente insoluble, usado como pigmento blanco en pinturas, en la industria del papel, del plástico para dar opacidad. El mismo material también es usado en la fabricación de vidrios de larga duración y resistentes al calor. El TiO2 sustituye una cierta cantidad de sosa. El carburo de titanio se emplea en la fabricación de carburos cementados.
Bloque 3. Cerámicos Introducción La palabra cerámica deriva del griego «keramos», que significa barro de alfarero o utensilios hechos de barro cocido. En algunos sectores de la ingeniería se considera tradicionalmente a los metales como la clase más importante de los materiales. No obstante, es importante constatar que actualmente los materiales cerámicos tienen espacio propio, tanto por el uso como herramental, como por la conformación de piezas clásicamente metálicas.
Plaquitas intercambiables de cerámica. Ceratip - Kyocera.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica Consideramos materiales cerámicos a los productos de barro (ladrillos, losetas, alfarería y porcelana), vidrio, cemento, etc. pero también, especialmente para el mecanizado, a los materiales cerámicos modernos como el carburo de tungsteno y el nitruro de boro cúbico. Sus propiedades físicas y mecánicas, que son bastante diferentes a las de los metales, son un factor importante a contemplar en los materiales cerámicos. Un material cerámico es un compuesto inorgánico formado por un metal (o semimetal) y uno o más componentes no metales. Ejemplos importantes de materiales cerámicos son la sílice o dióxido de silicio (SiO2), ingrediente principal de la mayoría de los productos de vidrio; la alúmina u óxido de aluminio (Al2O3), que se usa en aplicaciones que van desde abrasivos hasta huesos artificiales; y compuestos complejos como el silicato hidratado de aluminio [Al2Si2O5 (OH)4], conocido como kaolinita, principal ingrediente en la mayoría de los productos de barro. Prensadas y transformadas las materias primas por la acción del calor en productos sólidos de geometrías útiles, adquieren propiedades como: alta dureza, buenas propiedades de aislamiento térmico y eléctrico, estabilidad química y altas temperaturas de fusión, que los hacen útiles en distintos sectores. Los productos cerámicos son frágiles y prácticamente no poseen ductilidad, lo que ocasiona problemas y requiere ciertas precauciones, tanto en su procesamiento como en su uso. Algunos materiales cerámicos son transparentes, el vidrio para ventanas es el ejemplo más claro.
Tipos de materiales cerámicos Clasificamos los materiales cerámicos en tres tipos básicos: 1) cerámicos tradicionales: silicatos que se utilizan para la producción de artículos de barro, por ejemplo: utensilios y ladrillos, abrasivos comunes y cemento... 2) nuevos cerámicos: los desarrollados más recientemente, basados en compuestos que no son silicatos, sino óxidos y carburos con propiedades físicas o mecánicas superiores o únicas con relación a las de los cerámicos tradicionales, y 3) vidrios: basados principalmente en la sílice y que se diferencian de los otros por no presentar una estructura cristalina. Cabe añadir un cuarto tipo, los vidrios-cerámicos, en los que gran parte de su estructura se ha transformado en cristalina mediante tratamiento térmico. Aquí nos centraremos en los abrasivos -como tradicionales- y en los nuevos cerámicos, por ser los más usuales en fabricación mecánica. También incluimos al final de este bloque una descripción de varios elementos relacionados con los cerámicos, ya que se usan en aplicaciones similares y en ocasiones, son materiales competitivos. Éstos son el carbono, el silicio y el boro.
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Propiedades Propiedades mecánicas Los materiales cerámicos son rígidos y frágiles, pero muestran un comportamiento perfectamente elástico esfuerzodeformación. En la tabla se puede observar que los valores de la dureza y el módulo de elasticidad de los nuevos materiales cerámicos son mayores comparados con los de los metales. Dureza
Módulo de elasticidad, E
2600 HV
460 x 103 MPa
Alúmina (Al2O3)
2200 HV
345 x 103 MPa
Nitruro de boro, cúbico
6000 HV
Nv
Carburo de titanio (TiC)
3200 HV
300 x 103 MPa
Carburo de tungsteno (WC)
2600 HV
100 x 103 MPa
Material Cerámicos tradicionales Carburo de silicio (SiC) Nuevos cerámicos
Nv: No disponemos del valor.
En teoría, la resistencia de los materiales cerámicos es más alta que la de los metales como resultado de sus enlaces atómicos. El tipo de enlaces covalentes e iónicos son más fuertes que los enlaces metálicos. No obstante, los enlaces metálicos tienen una ventaja: siempre admiten deslizamiento, mecanismo básico por el que se deforman plásticamente cuando están sometidos a altos esfuerzos. En los materiales cerámicos los enlaces son más rígidos y no admiten deslizamiento frente a los esfuerzos, por lo que no pueden absorberlos. Como los materiales cerámicos tienen imperfecciones parecidas a los metales en su estructura cristalina, tienden a concentrar los esfuerzos, sobre todo en presencia de tensiones, flexiones o impactos. Resultado de ello es el fallo por fractura antes que los metales.
Propiedades físicas Por lo general, los materiales cerámicos son más ligeros que los metales y más pesados que los polímeros. Los puntos de fusión son más altos que los de la mayoría de los metales, llegando algunos a descomponerse antes que fundirse. Tanto la conductividad eléctrica como la térmica de la mayoría de los cerámicos, son más bajas que las de los metales, pero el rango de valores es más amplio, permitiendo que algunos se apliquen como aislantes, mientras otros como conductores eléctricos. Los coeficientes de expansión térmica son algo menores que para los metales, pero los efectos son más dañinos teniendo en cuenta su fragilidad. Los cerámicos con conductividades térmicas bajas y expansiones térmicas relativamente altas son especialmente susceptibles a los problemas de esta índole.
Abrasivos Los materiales cerámicos tradicionales usados para productos abrasivos, por ejemplo: muelas de esmeril o papel de lija, son la alúmina y el carburo de silicio.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica Siendo el SiC un material más duro (SiC=2600 HV, Al2O3= 2200 HV), la mayoría de las muelas de esmeril destinadas al rectificado de acero se basan en Al2O3 por los mejores resultados obtenidos. Las partículas abrasivas (granuladas o cerámicas) están distribuidas por toda la muela manteniéndose unidas por medio de algún aglomerante del tipo resina polimérica o hule. El uso de los abrasivos en fabricación mecánica supone el arranque de material y la correspondiente tecnología de las muelas de esmeril y otros métodos abrasivos para desprender material.
control del tamaño de partículas e impurezas, reajustes en los métodos de elaboración y mezcla con pequeñas cantidades de otros ingredientes cerámicos. La alúmina también tiene buenas características de dureza en caliente, resistencia a la corrosión y baja conductividad térmica. Con esta combinación de propiedades, tiene una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo: abrasivos (arenilla para ruedas de esmeril), biocerámicos (huesos y dientes artificiales), aislantes eléctricos, componentes electrónicos, ingredientes para aleación en vidrio, tabiques refractarios, plaquitas e insertos para herramientas de corte, conos aislantes de bujías y componentes de motores de explosión (combustión interna).
Carburos cerámicos Como carburos cerámicos se incluyen el carburo de silicio (SiC), el carburo de tungsteno (WC) el carburo de titanio (TiC), el carburo de tantalio (TaC) y el carburo de cromo (Cr3C2). El carburo de silicio, siendo un cerámico manufacturado con un método para su producción desarrollado hace un siglo, es tal como ya se ha dicho anteriormente, un cerámico que se incluye generalmente en el grupo de cerámicos tradicionales por su aplicación en abrasivos. Este carburo también se utiliza como aditivo en la fabricación del acero. Detalle Danex R2 - Danobat.
Nuevos materiales cerámicos Cuando nos referimos a los materiales cerámicos desarrollados sintéticamente en las últimas décadas, con las correspondientes mejoras en la estructura y propiedades, es cuando hablamos de los nuevos materiales cerámicos. Generalmente, los nuevos materiales cerámicos están basados en compuestos diferentes a los de los materiales cerámicos tradicionales (variedades del silicato de aluminio), siendo químicamente más simples que los tradicionales: óxidos, carburos, nitruros y sales de boro. La división entre lo tradicional y lo nuevo en cerámica es, en ocasiones, algo confusa, ya que el óxido de aluminio y el carburo de silicio también forman parte de ambos. En estos casos, nos basaremos más en los métodos de elaboración que en la composición química. Clasificamos los nuevos cerámicos dentro de las siguientes categorías: z óxidos, z carburos, z nitruros.
Óxidos cerámicos Entre los óxidos cerámicos, el más importante es la alúmina. Actualmente se produce sintéticamente a partir de la bauxita, mediante horno eléctrico con métodos adecuados. La resistencia y tenacidad de la alúmina se ha mejorado sustancialmente con respecto a su forma natural a través del
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El WC, TiC y TaC son apreciados por su dureza y resistencia al desgaste en las herramientas de corte, matrices de extrusión y otras aplicaciones que requieren estas propiedades. Primero se desarrolló el carburo de tungsteno, siendo el material más utilizado del grupo. El WC se produce generalmente por carburización de polvos de tungsteno que han sido extraídos directamente de los minerales del metal como la wolframita (FeMnWO4) y la scheelita (CaWO4). El carburo de tungsteno (WC) no se encuentra en la naturaleza. Fue elaborado por primera vez a finales del siglo XIX por el francés Henri Moissan, aunque durante dos décadas no se tuvo en cuenta la importancia tecnológica y comercial del desarrollo. El tungsteno (o wolframio) ganó importancia como metal a principios del siglo XX debido a su aplicación en la construcción de los filamentos para las lámparas incandescentes. Los filamentos se producían en forma de alambre por un procedimiento de estirado. Para un estirado satisfactorio del alambre de tungsteno las herramientas disponibles hasta el momento en acero eran inadecuadas, debido a su excesivo desgaste. Por tanto, se necesitaba disponer de materiales mucho más duros.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica Ya se conocía la dureza del carburo de tungsteno, adecuada para este requerimiento, por lo que en 1914, H. Voigtlander y R. Lohmann desarrollaron en Alemania un proceso de fabricación de matrices de carburo duro para el estirado, sinterizando las partes a partir de polvos de carburo de tungsteno. Se considera a Lohmann el primer productor comercial de carburos sinterizados. Pero lo que condujo a la tecnología moderna de carburos cementados se asocia a los trabajos de K. Schroter en Alemania a mediados de la década de 1920. Utilizando mezclas de polvos de WC con 10% de un metal del grupo del hierro, finalmente le incorporó el cobalto como el mejor aglutinante, y sinterizó la mezcla a una temperatura cercana al punto de fusión del metal. Este material duro se comercializó en 1926 en Alemania como Widia. Bajo el nombre comercial de Carboloy, las patentes de K. Schroter se asignaron a la General Electric Company, quien realiza su producción en USA allá por 1928. Widia y Carboloy se usaron como materiales para herramientas de corte con contenidos de cobalto entre el 4 y 13%, siendo muy efectivos en el mecanizado de fundiciones de hierro y muchos metales no férricos, pero no para el corte de aceros. Al mecanizar los aceros, estas herramientas sufrían un rápido desgaste por la formación de cráteres en su superficie. En los umbrales de la década de 1930 se desarrollaron herramientas de WC y TiC para el mecanizado de acero. En 1931 la alemana Krupp inició la producción de Widia X, con una composición del 84% de WC, 10% de TiC y 6% de Co. En USA, se comercializó en 1932 el Carboloy grado 831 con un contenido del 69% de WC, 21% de TiC y 10% de Co. El carburo de titanio se produce por carburización del rutilo (TiO2) o de la ilmenita (FeTiO3). El carburo de tantalio por carburización de polvos de tantalio puro, o de polvos de pentóxido de tantalio (Ta2O5). El carburo de cromo es el más adecuado para aplicaciones donde la resistencia a la oxidación y la estabilidad química sean importantes. El Cr3C2 se obtiene por carburización del óxido de cromo (Cr2O3) como compuesto inicial.
Plaquitas intercambiables con punta de nitruro de boro, cúbico (CBN). Ceratip - Kyocera.
El nitruro de silicio se oxida alrededor de los 1200 ºC y se descompone químicamente cerca de los 1900 ºC, lo que nos da una clara visión de sus propiedades: baja expansión térmica y buena resistencia a los choques térmicos, a la termofluencia y a la corrosión por metales no férricos fundidos. Tales características aconsejan la aplicación de estos materiales cerámicos en los motores de cohetes, crisoles para fundición y en las turbinas de gas. Las formas importantes del nitruro de boro (similares a las del carbono) son: a) hexagonal, similar al grafito y, b) cúbica, igual al diamante, por lo que su dureza es comparable a la del diamante. Esta última estructura recibe el nombre de nitruro de boro cúbico (también se le conoce como borazón), simbolizado como CBN. Se elabora calentando a muy altas presiones el BN hexagonal.
Habitualmente la fuente de carbón más utilizada en todas estas reacciones es el negro de humo. Todos los carburos enunciados, exceptuando el SiC, son necesarios combinarlos con un aglomerante metálico como el cobalto o el níquel para poder fabricar una geometría sólida. Los polvos aglomerados de carburo en una estructura metálica crean lo que se conoce como carburo cementado, un material compuesto específico, por ejemplo: cermet (CERámica+METal).
Nitruros cerámicos En fabricación mecánica, los nitruros cerámicos a considerar son: z nitruro de silicio (Si3N4), z nitruro de boro (BN), z nitruro de titanio (TiN). Como grupo son frágiles y funden a altas temperaturas (aunque no tan altas como los carburos) y generalmente son aislantes eléctricos exceptuando el TiN.
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Mecanizado de acero duro con plaquita de CBN. Ceratip - Kyocera.
Debido a su extrema dureza, las principales aplicaciones del CBN se encuentran en las herramientas de corte y en las ruedas abrasivas. Curiosamente no compite con las herramientas de corte de diamante, ya que estas últimas no son adecuadas para el mecanizado de piezas de acero, mientras que las herramientas de CBN sí son apropiadas para el mecanizado de aceros.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica El nitruro de titanio, con la excepción de su conductividad eléctrica, pues es conductor, tiene características muy similares a las de los otros nitruros del grupo: dureza alta, buena resistencia al desgaste y bajo coeficiente de fricción con los metales férricos. Por tanto, esta combinación de propiedades proporciona al TiN las características adecuadas para aplicarlo como material de recubrimiento superficial de las herramientas de corte. El recubrimiento es de un espesor que oscila entre 0,002 y 0,006 mm, por lo que las cantidades que se utilizan de este material son bajas.
Grafito El grafito tiene gran contenido de carbono cristalino en forma de capas. Es conductor de la electricidad, pero su conductividad no es tan alta como la mayoría de los metales. Los enlaces entre átomos en estas capas son covalentes, por tanto fuertes, pero las capas paralelas enlazan entre sí por fuerzas débiles, por lo que su resistencia y otras propiedades varían significativamente con la dirección. Ello explica por qué se puede utilizar tanto como lubricante, como fibra en materiales compuestos avanzados.
Además, existe otro material cerámico relacionado con el grupo de los nitruros y con los óxidos: es el oxinitruro cerámico denominado sialon, formado por silicio, aluminio, oxígeno y nitrógeno, de cuyos elementos Si-Al-O-N se forma el nombre.
En forma de polvo, tiene importantes características de baja fricción debido a la facilidad con la cual se desliza entre sus capas, por lo que es un lubricante valioso.
Su composición química es variable, siendo una típica: Si4Al2O2N6, con propiedades similares a las del nitruro de silicio pero con mejor resistencia a la oxidación y a las altas temperaturas.
En forma de fibra, se orienta en la dirección de la superficie hexagonal para producir un material filamentoso de muy alta resistencia y módulo de elasticidad. Las fibras de grafito se usan en piezas y compuestos estructurales que van desde raquetas de tenis hasta componentes de la industria aeroespacial.
TiN
Es resistente al choque térmico y su resistencia se incrementa con la temperatura. La resistencia a la tensión a temperatura ambiente es alrededor de 100 MPa, pero este valor se duplica a 2500 ºC. También mejora su resistencia si se reduce el tamaño del grano (parecido a los cerámicos). En esta forma se usa para crisoles y otras aplicaciones refractarias, electrodos, elementos de resistencia térmica, materiales antifricción y fibras en materiales compuestos. Concluyendo, es un material muy versátil: lubricante (en polvo), refractario (forma sólida tradicional) y un material estructural de alta resistencia (fibras de grafito).
Diamante
Algunos elementos importantes relacionados... Éstos son algunos elementos importantes relacionados con los materiales cerámicos presentados hasta ahora: carbono, silicio y boro. Sin ser materiales cerámicos de acuerdo a nuestro planteamiento, muchas veces compiten con éstos en sus aplicaciones, además de tener importantes aplicaciones por sí mismos.
Carbono El carbono se presenta de dos formas importantes para el mecanizado: z Grafito: compitiendo con los cerámicos en las situaciones donde las propiedades refractarias son importantes. z Diamante: herramientas de corte y muelas para el afilado y/o rectificado donde la dureza es un factor crítico.
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El diamante es carbón que posee una estructura cristalina cúbica con enlaces covalentes entre sus átomos. Esta estructura más bien es tridimensional y no estratificada como la del grafito, lo que explica su muy alta dureza. Los cristales naturales singulares tienen una dureza de 10.000 HV, mientras que la dureza de un diamante industrial (policristalino) es alrededor de 7.000 HV. Los diamantes industriales o sintéticos tienen su origen en la década de 1950. Se obtienen calentando el grafito hasta cerca de los 3.000 ºC a muy alta presión, de forma parecida a como se formó el diamante natural hace millones de años. Se usa en herramientas de corte y muelas de afilado y/o rectificado, para el mecanizado de materiales muy duros y quebradizos que son muy abrasivos. Ejemplo de sus aplicaciones son las herramientas y muelas de diamante utilizadas para cortar cerámicos, fibras de vidrio y otros metales endurecidos -excepto el acero-. También se utiliza en herramientas recubiertas para afilar muelas de esmeril de distintas geometrías que contienen otros abrasivos: alúmina o carburo de silicio.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica
Silicio Es un elemento semimetálico del mismo grupo que el carbono y tiene la misma estructura cristalina que el diamante, pero de menor dureza, por tanto también es frágil. De peso ligero e inactivo químicamente a temperatura ambiente, se contempla como semiconductor. Se encuentra en la naturaleza solamente como compuesto químico en las rocas, en la arena, en la arcilla y en la tierra, ya sea como dióxido de silicio o como silicatos más complejos. En la industria siderúrgica es utilizado como agente reductor en ciertos procesos metalúrgicos y también como elemento de aleación para aceros, aluminios y aleaciones de cobre. El silicio puro tiene gran importancia tecnológica ya que es el material básico en la elaboración de semiconductores para la industria electrónica. Prueba de ello es que prácticamente la mayoría de los circuitos integrados que se producen actualmente contienen este elemento.
Boro Es otro elemento semimetálico, clasificado en el mismo grupo del aluminio. Es un elemento ligero con propiedades eléctricas semiconductoras variando la conductividad según la temperatura: aislante a baja temperatura, pero conductor a alta. Con un alto módulo de elasticidad, muy tenaz en forma de fibra. Se encuentra en estado mineral: bórax (Na2B4O7-10H2O) y kernita (Na2B4O7-4H2O). En la industria lo encontramos generalmente combinado: como solución en procesos electrolíticos de niquelado, como ingrediente (B2O3) de algunos vidrios, como catalizador en reacciones químicas orgánicas y como nitruro (nitruro cúbico) para herramientas de corte. Se utiliza como fibra en materiales compuestos, en un estado prácticamente puro. Los materiales cerámicos, así como las piezas de ellos, tienen dos formas de elaboración (conformación): z fundidos: el vidrio, z en partículas, tanto los cerámicos tradicionales como los nuevos. Estos procesos de elaboración: mezclado, calentamiento, prensado, etc. constituyen el resto de las tecnologías de elaboración de cerámicos.
z Los plásticos se pueden moldear para obtener geometrías complejas sin necesidad de procesos posteriores. z Tienen una serie de propiedades para aplicaciones técnicas donde la resistencia no es un factor determinante: - baja densidad con relación a los materiales metálicos y cerámicos, - buena resistencia a la carga -algunos polímeros-, - alta resistencia a la corrosión, - baja conductividad eléctrica y térmica. z Son competitivos económicamente con los metales. z Requieren menos energía para su producción. z Se usan en muchos materiales compuestos (composites). Con excepción del hule natural, todos los plásticos utilizados en la industria son sintéticos, elaborados por procedimientos químicos.
Algo de historia... La historia de los plásticos es vasta y extensa, por lo que aquí no nos vamos a dedicar a relatarla, sólo pasaremos de puntillas por ella. Se cuenta que uno de los acontecimientos más importantes en la historia de los polímeros fue el descubrimiento y desarrollo del proceso de vulcanización del hule por parte de Charles Goodyear en 1839. En 1851, su hermano Nelson patentó el hule duro llamándolo ebonita, que es un polímero termofijo utilizado durante tiempo para peines, cajas para baterías y prótesis dentales.
Introducción
El desarrollo de estas sustancias se inició en 1860, cuando el fabricante estadounidense de bolas de billar Phelan and Collander ofreció una recompensa de 10.000 dólares a quien consiguiera un sustituto aceptable del marfil natural. Una de las personas que optaron al premio fue el inventor estadounidense Wesley (John) Hyatt, quien desarrolló un método de procesado a presión de la piroxilina, un nitrato de celulosa de baja nitración tratado previamente con alcanfor y una cantidad mínima de disolvente de alcohol. Hyatt no ganó el premio, pero su producto patentado con el nombre de celuloide se utilizó para fabricar diferentes objetos, desde placas dentales a cuellos de camisa. El celuloide tuvo un notable éxito comercial a pesar de ser inflamable y de su deterioro al exponerlo a la luz.
El crecimiento de las aplicaciones de los polímeros sintéticos es realmente importante. El uso anual de los polímeros excede en volumen al de los metales. Las razones -de importancia tecnológica y comercial- son:
Durante las décadas siguientes aparecieron de forma gradual más tipos de plásticos. Se inventaron los primeros plásticos totalmente sintéticos: un grupo de resinas desarrollado hacia 1906 por el químico estadounidense de origen belga
Los cermets, como carburos cementados, son un caso especial ya que también son compuestos de matriz metálica (véase Bloque 5).
Bloque 4. Plásticos
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Materiales utilizados en fabricación mecánica Leo Hendrik Baekeland, y comercializado con el nombre de baquelita. Entre los productos desarrollados durante este período están los polímeros naturales alterados, como el rayón, fabricado a partir de productos de celulosa.
El avance de la química de los plásticos En 1920 se produjo un acontecimiento que marcó la pauta en el desarrollo de los materiales plásticos. El químico alemán Hermann Staudinger aventuró que éstos se componían en realidad de moléculas gigantes. Los esfuerzos dedicados a probar esta afirmación iniciaron numerosas investigaciones científicas que produjeron enormes avances en esta parte de la química. En las décadas de 1920 y 1930 aparecieron un buen número de nuevos productos, como el etanoato de celulosa (llamado originalmente acetato de celulosa), utilizado en el moldeo de resinas y fibras; el cloruro de polivinilo (PVC), empleado en tuberías y recubrimientos de vinilo, y la resina acrílica, desarrollada como un pegamento para vidrio laminado.
Tipos de plásticos Los polímeros se dividen en plásticos y hules, y tal como se ha visto en el ligero paseo por su historia, con relación a los metales y cerámicos, son materiales más nuevos ya que datan de mediados del siglo XIX. Se pueden establecer diversas clasificaciones de los polímeros: por su proceso de polimerización, por la forma en que pueden procesarse, o por su naturaleza química. Para centrarnos en el sector industrial, nosotros los clasificamos en: a) polímeros termoplásticos, b) polímeros termoestables o termofijos, c) elastómeros.
Uno de los plásticos más populares desarrollados durante este período es el metacrilato de metilo polimerizado, que se comercializó en Gran Bretaña con el nombre de Perspex y como Lucite en Estados Unidos, y que se conoce en español como plexiglás. Este material tiene unas propiedades ópticas excelentes; puede utilizarse para gafas y lentes, o en el alumbrado público o publicitario. Las resinas de poliestireno, comercializadas alrededor de 1937, se caracterizan por su alta resistencia a la alteración química y mecánica a bajas temperaturas y por su muy limitada absorción de agua. Estas propiedades hacen del poliestireno un material adecuado para aislamientos y accesorios utilizados a bajas temperaturas, como en instalaciones de refrigeración y en aeronaves destinadas a los vuelos a gran altura. Otro descubrimiento fundamental en la década de 1930 fue la síntesis del nylon, el primer plástico de ingeniería de alto rendimiento. El PTFE (politetrafluoretileno), sintetizado por primera vez en 1938, se comercializó con el nombre de teflón en 1950. Durante la II Guerra Mundial, Alemania desarrolló un caucho sintético utilizable, Estados Unidos intensificó el desarrollo y la producción de plásticos. El nylon se convirtió en una de las fuentes principales de fibras textiles, los poliésteres se utilizaron en la fabricación de blindajes y otros materiales bélicos, y se produjeron en grandes cantidades varios tipos de caucho sintético. Durante la posguerra se mantuvo el elevado ritmo de los descubrimientos y desarrollos de la industria de los plásticos. Tuvieron especial interés los avances en plásticos técnicos, como los policarbonatos, los acetatos y las poliamidas. Se utilizaron otros materiales sintéticos en lugar de los metales en componentes para maquinaria, cascos de seguridad, aparatos sometidos a altas temperaturas y otros muchos productos empleados en lugares con condiciones ambientales extremas. En 1953, el químico alemán Karl Ziegler desarrolló el polietileno, y en 1954 el italiano Giulio Natta desarrolló el polipropileno, que son dos de los plásticos más utilizados en la actualidad. En 1963, estos dos científicos compartieron el Premio Nóbel de Química por sus estudios acerca de los polímeros.
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En los polímeros termoplásticos o termoplásticos, como normalmente se les denomina y los polímeros termofijos o termoestables, es donde se encuentran los que habitualmente denominamos plásticos, y los elastómeros son los hules. Los termoplásticos son materiales sólidos a temperatura ambiente, pero cuando se someten a temperaturas que superan varios cientos de grados centígrados funden, convirtiéndose en líquidos viscosos permitiendo conformarlos fácilmente en piezas de diversas geometrías, barras, etc. Soportan sin degradarse significativamente someterse repetidamente a ciclos de calentamiento y enfriamiento. Los termoestables o termofijos, por el contrario, no soportan la repetición de ciclos de calentamiento y enfriamiento. En el proceso de moldeo a alta temperatura se produce una reacción química que los endurece y los convierte en infusibles, por tanto, si este plástico vuelve a calentarse para moldearlo, en lugar de ablandar se degrada. Los elastómeros, a esfuerzos mecánicos bajos, son extremadamente elásticos, pudiendo alcanzar, en algunos casos, hasta 10 veces el valor de su longitud recuperando totalmente su forma original cuando cesa el esfuerzo.
Relación de termoplásticos Podemos encontrar productos termoplásticos en forma de piezas, barras, láminas, fibras, etc. obtenidos por moldeo o por extruido. Debido a que existe un amplio surtido de marcas comerciales, variaciones de cada fabricante en cada uno de sus tipos de plásticos, etc. hemos decidido relacionarlos por grupos, de manera que estableceremos una relación «genérica» de los más utilizados en fabricación mecánica, con algunos ejemplos de aplicación. Ésta es:
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Materiales utilizados en fabricación mecánica ACETALES: El nombre habitual por el que se conoce al polioximetileno (POM) es Acetal. Sus características son: z z z z z
punto de fusión elevado, baja absorción de la humedad, resistencia a los disolventes orgánicos. alta rigidez, resistencia y tenacidad, resistencia al desgaste.
La combinación de estas características la encontramos en las resinas acetálicas, utilizadas para cojinetes, casquillos antidesgaste y antirozamiento, manguitos de deslizamiento autolubricantes, rodamientos, cuerpos de bombas para líquidos y disolventes, tubos para transportar disolventes y sustancias alimenticias, guías de hilos, etc. ABS: Es la abreviatura de acrilonitrilo-butadieno-estireno. Excelentes características mecánicas: z dureza superficial, z buena resistencia al desgaste, al agua y a la temperatura, z facilidad para conseguir excelentes acabados mecánicos. Tiene gran aplicación en la elaboración de piezas destinadas a la industria de componentes del automóvil, carcasas de máquinas y conjuntos, así como accesorios para tubos. FLUOROPOLÍMEROS: Teflón es como habitualmente se denomina al politetrafluoroetileno (PTFE). Sus características son: z amplia zona de temperaturas de trabajo sin sufrir alteración significativa (en servicio hasta 250 ºC), z notable estabilidad dimensional, z mínimo coeficiente de rozamiento, z óptima resistencia química, z constante dieléctrica baja, z absorción de humedad prácticamente nula. Se construyen y mecanizan un sinfín de elementos destinados mayoritariamente a las industrias química y eléctrica cojinetes no lubricados, y para el sector de utensilios domésticos como antiadherente. POLIAMIDA: Nylon es el miembro más importante de la familia de las poliamidas (PA). Sus características son: z elevada resistencia al choque, incluso a bajas temperaturas, z buena resistencia al desgaste, z gran poder de amortiguación, z punto de reblandecimiento alto, z buen comportamiento frente a los agentes atmosféricos, z buena resistencia química, excepto para los ácidos, z la absorción de agua produce inestabilidad dimensional a las piezas mecanizadas. Para solucionar este problema, algunos fabricantes adicionan fibra de vidrio y bisulfuro de molibdeno para barras destinadas al mecanizado de piezas como ruedas dentadas o de elevadas características técnicas. Muchos componentes mecánicos: engranajes, rodamientos, patines de deslizamiento, etc. son mecanizados en este tipo de plástico.
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POLICARBONATO: Los tubos producidos en policarbonato (PC) son totalmente irrompibles a bajas y altas temperaturas (125 ºC) por su alta tenacidad; transparentes o de color, no absorben humedad, ininflamables y con excelentes propiedades dieléctricas. De policarbonato también se construyen impulsores de bombas, cascos de seguridad, carcasas, etc. POLIÉSTER: Los poliésteres pueden ser termoplásticos o termofijos. Un ejemplo representativo de los poliésteres termoplásticos es el tereftalato de polietileno (PET o PETP). Sus características son: z elevada resistencia rigidez, z alta dureza superficial, z alta tenacidad y carga de rotura a la flexión más alta que la poliamida, z altísima resistencia al desgaste, z coeficiente de fricción muy bajo, z buena conductividad térmica, lo que facilita la dispersión del calor en las piezas (ruedas dentadas, casquillos, etc.), z temperatura de reblandecimiento muy alta, z óptimas propiedades dieléctricas, z ininflamable, z altísima resistencia a los hidrocarburos aromáticos y alifáticos, así como a los aceites y grasas. Todas estas características hacen de este tipo de plástico el ideal para: bujes, engranajes silenciosos autolubricantes, casquillos y cojinetes con coeficiente de rozamiento inferior al bronce, patines y guías de deslizamiento, rodillos, ruedas para transportadoras, etc. Además, los semielaborados con este material pueden ser mecanizados con gran facilidad en las máquinas herramientas, con menor esfuerzo que los metales y por tanto, una reducción sensible en los tiempos de ejecución. POLIETILENO: El polietileno de alta densidad (PEhd) posee una excelente resistencia a los agentes químicos, no absorbe humedad, buena resistencia a la abrasión y un buen comportamiento a las radiaciones nucleares. POLIPROPILENO: El polipropileno (PP) es un material muy utilizado con un bajo peso específico, que no se debe confundir con el polietileno. Sus características son: z buena dureza superficial, z resistencia a la abrasión, z alta resistencia al choque, aunque a bajas temperaturas es frágil, z buena estabilidad dimensional al no absorber humedad, z buena cualidades dieléctricas y de aislamiento térmico, z excelente resistencia química, especialmente a los reactivos orgánicos y a los ácidos. Es el plástico ideal para piezas destinadas a válvulas, bombas, racores de instalaciones galvanoplásticas, petrolíferas y químicas en general. También para piezas mecanizadas que no estén sometidas a grandes esfuerzos. CLORURO DE POLIVINILO: El cloruro de polivinilo (PVC) es un material muy utilizado en conducciones de industrias químicas y galvanoplásticas por su gran resistencia química. Tiene buena resistencia mecánica, que disminuye con la temperatura, lo que limita su uso hasta sólo 65 ºC aproximadamente.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica Dependiendo de los aditivos que incorpore, podemos encontrar PVC rígido (sin plastificante) o PVC flexible (gran proporción de plastificante). Consecuencia de ello es que el PVC es un polímero versátil.
Relación de termoestables Consecuencia de las diferencias en las composiciones químicas y estructura molecular, los plásticos termoestables son sustancialmente distintos a los termoplásticos. Las diferencias más notables son: z más rigidez: módulos elásticos dos o tres veces mayores que los termoplásticos,
manera que el conjunto tiene unas propiedades distintas -habitualmente mejoradas- respecto a las fases que lo componen. Para ajustarnos, en lo posible, a los referentes en fabricación mecánica, nos limitaremos a los materiales compuestos por dos fases: una fase continua llamada matriz y una discontinua, la fibra, que soportará los esfuerzos mecánicos. La matriz distribuirá los esfuerzos entre las fibras a través de la interfase. Los materiales compuestos reforzados con materiales de módulo alto y alta resistencia son los considerados avanzados. El refuerzo puede encontrarse en forma continua o discontinua (fibra corta, larga, dispersión de partículas en la matriz,...), por lo que nos podemos encontrar con fibras de vidrio, carbono, aramida o boro, carburos de silicio, alúmina, cerámicas óxidas y filamentos metálicos incluyendo berilio y wolframio.
z gran fragilidad al tener una ductilidad muy baja, z capacidad de funcionar a temperaturas más altas, z no pueden refundirse, ya que en el proceso se degradan o queman. Lo que nos conduce a que la utilidad de los termoestables en fabricación mecánica queda reducida a opciones muy concretas. Los termoestables más utilizados son: EPÓXICOS: Notable resistencia, adhesión, resistencia al calor y a los agentes químicos. Sus aplicaciones se encuentran especialmente en compuestos reforzados con fibra de vidrio y adhesivos. POLIÉSTER: Los poliésteres termoestables se utilizan especialmente para plásticos compuestos o reforzados para fabricar piezas grandes: tubos, depósitos, cascos de embarcación, carrocerías especiales y paneles. También pueden utilizarse para piezas pequeñas mediante moldeo.
Bloque 5. Composites: Materiales compuestos
Clasificación Ésta es una clasificación genérica de los materiales compuestos según el tipo de matriz que los compone: z de matriz orgánica (OMC: Organic Matrix Composites), también se les conoce como de matriz polimérica (PMC), z de matriz metálica (MMC: Metal Matrix Composites), z de matriz cerámica (CMC: Ceramic Matrix Composites). En este bloque nos limitaremos a los «composites» de matriz orgánica, por ser los materiales compuestos más utilizados actualmente en el mecanizado general, aunque es conveniente aclarar que si bien son los «mecanizados», también se utilizan compuestos de matriz metálica (MMC) con fase de refuerzo de partículas de cerámica, como herramientas de corte para ejecutar los mecanizados, son los conocidos cermets. También las herramientas de corte de cerámica son compuestos, en este caso de matriz cerámica (CMC) con fase de refuerzo de fibra corta.
Introducción Podemos establecer una cuarta categoría de materiales además de los metales, cerámicos y polímeros, ésta es: los materiales compuestos o «composites». Existen algunas definiciones de material compuesto, pero creemos que la más adecuada es: un sistema de materiales formado por dos o más fases físicas distintas, de cuya combinación se obtienen propiedades conjuntas distintas a las de sus componentes. Los constituyentes mantienen sus particularidades, por tanto, ni se disuelven, ni se mezclan totalmente entre sí aunque actúan en conjunto. Se pueden presentar bajo muchas formas: matrices, fibras, partículas, etc. Normalmente, los componentes se pueden identificar físicamente y muestran una cara común entre ellos. La unión entre ellos proporciona un material resistente de elementos unidos sólidamente. Como consecuencia de esta unión entre elementos diferentes se produce la sinergia, de
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Plaquitas de cerámica recubierta Ceratip - Kyocera.
Compuestos de matriz orgánica Consisten en una matriz de polímero, que puede ser de dos tipos: termoestable o termoplástico, y un refuerzo, normalmente de fibra de vidrio, carbono o aramida. La función de la matriz polimérica, tal como hemos explicado en la introduc-
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Materiales utilizados en fabricación mecánica ción, es la de distribuir los esfuerzos entre las fibras a través de la interfase. El refuerzo tiene como función soportar los esfuerzos mecánicos a los que va a estar sometido el material. Las estructuras que suelen adoptar estos materiales son básicamente tres:
El sector de la industria aeroespacial, tanto civil como militar, en continuo esfuerzo para reducir peso de los aviones para aumentar el rendimiento del combustible y también la posibilidad de carga, es uno de los grandes usuarios de los compuestos avanzados.
z laminar o estructura laminar compuesta. z sándwich con núcleo espumoso, z sándwich de panal. La estructura laminar puede estar compuesta por dos o más capas unidas para formar una pieza integral. Normalmente las capas son de materiales distintos -aunque no es una regla general- y tienen suficiente espesor para poder identificarlo fácilmente. En muchas ocasiones cada capa es de un material diferente con el fin de obtener las mayores ventajas de cada uno de ellos, pudiendo, a su vez, ser un material compuesto.
Estructura sándwich con núcleo espumoso.
La industria automovilística es otro de los grandes usuarios. Ejemplos de ellos son: partes del chasis y del conjunto motor, los paneles y salpicaderos de coches, tableros para cabinas de camiones, etc. Los compuestos para automoción suelen diferenciarse de los destinados a aeronáutica por la menor exigencia de resistencia al peso.
Estructura laminar.
En ocasiones, la estructura sándwich se referencia como un caso de estructura laminar compuesta. Está formada por un núcleo central de material de baja densidad, con mayor espesor, unido a ambas caras con delgadas hojas de un material diferente. Este núcleo de baja densidad suele ser de material espumoso o un panal. La razón de la estructura sándwich es la de ayudar a la obtención de un material con alta relación de resistencia y rigidez al peso, así como bajo peso específico. El mecanizado de estos materiales, salvando excepciones, se realiza como si se tratara de cualquier metal o plástico, adaptando, claro está, los parámetros de corte a las características propias de los componentes.
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Estructura sándwich de panal.
Otro sector donde se usan compuestos es el de equipamiento deportivo y ocio: casos de embarcaciones, cañas de pescar, raquetas de tenis, palos de golf, cascos, esquís, arcos y flechas, ruedas de bicicleta, etc.
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Materiales utilizados en fabricación mecánica Tabla de materiales ALEMANIA No. MATERIAL
DIN
ESPAÑA
FRANCIA
REINO UNIDO
ITALIA
U.S.A.
UNE
AFNOR
B.S.
UNI
AISI
1. ACEROS 1.1. Aceros magnéticos - Hierro magnético dulce - Dureza: < 120 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 400 N/mm² 1.1013 1.1014 1.1015
RFe 100 RFe 80 RFe 60
1.2. Aceros de construcción - Dureza: < 200 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 700 N/mm² 1.2.1. Aceros de construcción en general 1.0035 1.0036 1.0037 1.0044 1.0050 1.0060 1.0070 1.0116 1.0144
Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe
310-0 (St 33) 360 (St 37-2) 360 B (RSt 37-2) 430 B (St 44-2) 490-2 (St 50-2) 590-2 (St 60-2) 690-2 (St 70-2) 360 D1 (St 37-3) 430 D1 (St 44-3)
A310-0, Fe310-0 AE235B, Fe360B AE235B, Fe360B AE275B, Fe430BFN A490-2, Fe490-2FN A590-2, Fe590-2FN A690-2, Fe690-2FN AE235D, Fe360D1FF AE275D, Fe430D1FF
A33 (E 24-2) E 24-2 E 28-2 A 50-2 A 60-2 A 70-2 E 24-3 E 28-3, E 28-4
Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe
310-0 360 B 360 B 430 B FN 490-2 FN 590-2 FN 690-2 FN 360 D1 FF 430 D1 FF
F.1511, F.1511-A F.111 F.1510-C10K F.1110-C15K F.1511-C16K F.1540-15NiCr11
AF 34 C 10 AF 37 C 12 XC 10 XC 12
040 080 040 040
14 NC 11 12 C 3 16 MC 4
523 M 15 527 M 17
Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe Fe
320 360 B FU 360 B, C, D 430 B 490 60-2 70-2, Fe 690 360 C, D 430 B
A A A A A
570 283 570 570 572
Gr.33,36 Gr.C Gr.40 Gr.50 Gr.65
A 284 Gr.D A 573 Gr.70
1.2.2. Aceros de cementación 1.0301 1.0401 1.1121 1.1141
C 10 C 15 Ck 10 Ck 15
1.5732 1.7015 1.7131
14 NiCr 10 15 Cr 3 16 MnCr 5
1.7147
20 MnCr 5
F.1516-16MnCr5 F.1517-16MnCr5 F.150-D
A A A A
10 15 10 15
20 MC 5
C C C C
10 15 10 15, C 16
16 Ni Cr 11
M 1010 M 1015 1010 1015
16 Mn Cr 5
3415 5015 5115
20 Mn Cr 5
5120
CF CF CF CF
1213 12 L 13 1108, 1109 11 L 08
1.2.3. Aceros de fácil mecanización 1.0710 1.0715 1.0718 1.0721 1.0722 1.0723 1.0726 1.0727 1.0736 1.0737
15 S 10 9 SMn 28 9 SMnPb 28 10 S 20 10 SPb 20 15 S 20 35 S 20 45 S 20 9 SMn 36 9 SMnPb 36
F.2111-11SMn28 F.2112-11SMnPb28 F.2121-10S20 F.2122-10SPb20 F.210-F F.210-G F.2113-12SMn35 F.2114-12SMnPb35
S 250 S 250 Pb 10 F1 10 Pb F 2 35 MF 6 45 MF 4 S 300 S 300 Pb
230 M 07 210 M 15 210 A 15 212 M 36
9SMn 28 9SMn Pb28 10 S 20 10 S Pb 20
CF 9 SMn 36 CF 9 SMnPb 36
1140 1146 1215 12 L 14
1.2.4. Aceros de construcción fundidos 1.0416 1.0446 1.0552 1.0553 1.0554
GS GS GS GS GS
-
38 45 52 60 70
E 36.3
1.3. Aceros al carbono no aleados - Dureza: < 250 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 850 N/mm² 1.3.1. Aceros bonificados 1.0402 1.0501 1.0503 1.0535 1.0601 1.1151 1.1157 1.1181 1.1191 1.1203 1.1221
C 22 C 35 C 45 C 55 C 60 Ck 22 40 Mn 4 Ck 35 Ck 45 Ck 55 Ck 60
F.112 F.113 F.114 F.115
1 C 22 1 C 35 1 C 45 1 C 55 1 C 60 F.1120-C25K 2 C 22 35 M 5 F.1130-C35K 2 C 35 F.1140-C45K, F.1142-C48K 2 C 45 F.1150-C55K 2 C 55 2 C 60
070 M 20 080 A 32 060 A 47 070 M 55 060 A 62 055 M 15 150 M 36 080 A 35 080 M 46 060 A 57 060 A 62
C 25 C 35 C 45 C 55 C 60 C20, C25 C 35 C45,C46 C 55 C 60
M 1023 1035 1045 1055 1060 1020, 1023 1035, 1041 1035,1038 1045 1055 1060, 1064
X 205 Cr12 KU
L1, L3 D3
1.4. Aceros aleados - Dureza: < 250 HB 30, < 25 HRc - Resistencia a la tracción: < 850 N/mm² 1.4.1. Aceros aleados para herramientas de trabajo en frio 1.2056 1.2067 1.2080
144
90 Cr 3 100 Cr 6 X 210 Cr 12
F.5230-100Cr6 F.5212-X210Cr12
Y 100 C 6 Z 200 C 12
BL 3 BD 3
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1
Materiales utilizados en fabricación mecánica ALEMANIA No. MATERIAL 1.2083 1.2363 1.2379 1.2510 1.2550 1.2823 1.2826 1.2842
DIN
X 42 Cr 13 X 100 CrMoV5 1 X 155 CrVMo 12 1 100 MnCrW 4 60 WCrV 7 70 Si 7 60 MnSiCr 4 90 MnCrV 8
ESPAÑA
FRANCIA
REINO UNIDO
ITALIA
U.S.A.
UNE
AFNOR
B.S.
UNI
AISI
Z 40 C 14 Z 100 CDV 5 Z 160 CDV 12 90 MWCV 5 55WC 20
BA 2 BD 2 BO 1 BS 1
X 100 CrMoV5 1 KU X 155CrVMo12 1 KU 95 MNWCr 5 KU 55 WCrV 8 KU
90 MV 8
BO 2
90 MnVCr 8 KU
O2
Z130WKCV.12.05.04.04 BT 15 Z130WKCDV.10.10.04.04.03 BT 42 Z85WDKCV.06.05.05.04.02 BM 35 Z110DKCWV.09.08.04.02.01 BM 42 Z85WDCV.06.05.04.02 BM 2 Z120WDCV.06.05.04.03 Z100DCWV.09.04.02.02
HS HS HS HS HS HS
T15 T 42 M 35 M 42 M2 M3/2 M7
16 NC 6 25 CD 4
70 8A 25
25 CrMo4 (KB)
3115 4130
35 CD 4
70 8A 37
25 CrMo4 F
4135,4137
F.114 F.8331-AM34CrMo4 F.8231-34CrMo4 F.1520-35CrMo4 F.1254-35CrMo4DF F.8332-AM42CrMo4 F.8232-42CrMo4 F.1252-40CrMo4
1 C 45 34 Cr Mo 4
060 A 47 708 A 37
C 45 34 CrMo4 KB
1045 4135,4137
42 CD 4
708 A 42
38 CrMo4 KB
4140,4142
50 Cr Mo 4
708 A 47
F.1741-34CrAIMo5 F.1740-41 CrAIMo7 F.1712-31CrMo12
30 CAD 6.12 40 CAD 6.12 30 CD 12
905 M 39 722 M 24
F.5227-X100CrMoV5 F.5220-95MnCrW5
420 A2 D2 O1 S1
1.4.2. Aceros rápidos 1.3202 S 12 4 4 5 1.3207 S 10 4 3 10 1.3243 S6525 1.3247 S 2 10 1 8 1.3343 S652 1.3344 S653 1.3348 S292 Aceros rápidos sinterizados ASP 23 (S 6 5 3) ASP 30 ASP 60
F.5563.12-1-5-5 F.5553.10-4-3-10 F.5613.6-5-2-5 F.5617.2-10-1-8 F.5603.6-5-2 F.5605.6-5-3 F.5607.2-9-2
10-4-3-10 6-5-2-5 9-2-1-8 6-5-2 6-5-3 2-9-2
1.4.3. Fundición aleada 1.5919 1.7218
GS-15 CrNi 6 GS-25 CrMo 4
1.7220
GS-34 CrMo 4
1.7379
GS-18 CrMo 9 10
F.8372-AM26CrMo4 F.8330-AM25CrMo4 F.8331-AM34CrMo4 F.8231-34CrMo4 F.1250-35CrMo4
1.4.4. Aceros bonificados 1.0503 1.7220
C 45 34 CrMo 4
1.7225
42 CrMo 4
1.7228
50 CrMo 4
4150
1.4.5. Aceros de nitruración 1.7779 1.8504 1.8506 1.8507 1.8509 1.8515
20 34 34 34 41 31
CrMoV 13,5 CrAl 6 CrAIS 5 CrAIMo 5 CrAIMo 7 CrMo 12
34 Cr AI Mo 7 41 Cr AI Mo 7 30 Cr Mo 12
A 355 CI.D A 355 CI.A
1.5. Aceros aleados / Aceros bonificados - Dureza: 250 - 350 HB 30, 25 -38 HRC - Resistencia a la tracción: 850-1200 N/mm² 1.5.1. Aceros aleados para herramientas 1.2311 1.2312 1.2436 1.2711 1.2713 1.2714 1.2743 1.2766
40 CrMnMo 7 40 CrMnMoS 8 6 X 210 CrW 12 54 NiCrMoV 6 55 NiCrMoV 6 56 NiCrMoV 7 60 NiCrMoV 12 4 35 NiCrMo 16
F.5213-X210CrW12
Z 200 CW 12
X 215 CrW 12 1 KU
55 NCDV 7
BH 224/5
L6
Z 38 CDV 5 Z 40 CDV 5 32 DCV 28 Z 38 CDV 5.3 Z 30 WCV 9.3
BH 11 BH 13 BH 10
X 37 CrMoV51KU X 40 CrMoV511KU 30 CrMoV1227KU
H11 H 13 H 10
BH 21
X 30 WCrV93KU
H 21
55 WC 20 Z 32 WCV 5
BS 1
55 WCrV8KU X 30 WCrV53KU
S1
1.5.2. Aceros aleados para herramientas de trabajo en caliente 1.2343 1.2344 1.2365 1.2367 1.2581 1.2622 1.2678 1.2550 1.2567
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X 38 CrMoV 51 X 40 CrMoV 51 X 32 CrMoV 3 3 X 40 CrMoV 5 3 X 30 WCrV 9 3 X 60 WCrMoV 9 X 45 CoCrWV 5 5 5 60 WCrV 7 X 30 WCrV 5 3
F.5317-X37CrMoV5 F.5318-X40CrMoV5 F.5313-30CrMoV12 F.5323-X30WCrV9
145
1
Materiales utilizados en fabricación mecánica ALEMANIA No. MATERIAL
ESPAÑA
FRANCIA
REINO UNIDO
ITALIA
U.S.A.
UNE
AFNOR
B.S.
UNI
AISI
DIN
1.5.3. Aceros bonificados 1.5864 1.6580 1.7361 1.7707 1.8161
34 30 32 30 58
NiCr 18 NiCrMo 8 CrMo 12 CrMoV 9 CrV 4
F.124-A
30 Cr Ni Mo 8 30 CD 12
722 M 24
30 Ni Cr Mo 8 32 CrMo 12
F.1712-31 CrMo12
30 CD 12
722 M 24
30 CrMo12
1.5.4. Aceros de nitruración 1.8515 1.8519 1.8523 1.8550
31 31 39 34
CrMo 12 CrMoV 9 CrMoV 13 9 CrAINi 7
897 M 39
1.6. Aceros aleados / Aceros bonificados - Dureza: > 350 HB 30, > 38 HRc - Resistencia a la tracción: > 1200 N/mm² Pertenecen a este grupo la mayoría de los materiales incluidos en el grupo 1.5 pero que en su estado de presentación poseen una dureza muy elevada. Al igual que en el grupo 1.5, en éste también tiene importancia y relación con la dureza la presentación y las dimensiones del material. 2. ACEROS INOXIDABLES 2.1. Aceros inoxidables azufrados - Dureza: < 250 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 850 N/mm² 1.4104
X 12 CrMoS 17
1.4305
X 10 CrNiS 18 09
F.3117-X10CrS17 Z 13CF17 F.3413-X14CrMoS17 F.3508-X10CrNiS18-09 Z 8CNF18.09
X 10 CrS 17 303 S 21
430 F
X 10 CrNiS 18 09 303
2.2. Aceros inoxidables austeníticos - Dureza: < 250 HB 30 - Resistencia a la fracción: < 850 N/mm² 1.4300 1.4301 1.4311 1.4406 1.4433 1.4435 1.4539 1.4541 1.4551 1.4571 1.4573 1.4828
X X X X X X X X
12 CrNi 18 8 5 CrNi 18 10 2 CrNiN 18 10 2 CrNiMoN 17 12 2 2 CrNiMo 18 15 2 CrNiMo 18 14 3 1 CrNiMoCu 25 20 5 6 CrNiTi 18 10
F.3507-X10CrNi 18-08 F.3504-X5CrNi18-10 Z 6CN18.09 304 S 15 F.3541- X2CrNiN18-10 Z 3CN18.07Az 304 S 61 F.3542-X2CrNIMoN17-12-2Z 3CND17.11.02 316 S 61
F.3533-X2CRNiMo17-13-2 Z 3CND17.12.03 316 S 11 Z 1NCDU25.20 F.3523-X6CrNiTi 18-10 Z 6CNT 18.10 321 S 18 Z 6CNNb20.10 X 6 CrNiMoTi 17 12 2 F.3535-X6CrNiTi 17-12-2 Z 6CNDT 17.12 320 S 18 320 S 33 X 10 CrNiMoTi 18 12 F.3535-X6CrNiMoTi 17-12-2 X 15 CrNiSi 20 12 F.3312-X15CrNiSi20-12 Z 15CNS20.12 309 S 24
X 5 CrNi 18 10 304 X2 CrNiN 18 11 304 LN X CrNiMoN 17 12 316 LN X 2 CrNiMo 17 13 316 L UNS N08904 X 6 CrNiTi 18 11 321 S34788 X 6 CrNiMoTi 17 12 316 Ti X 6 CrNiMoTi 17 13 316 Ti X 16 CrNi 23 14 309
2.2.1. Fundición aceros inoxidables austeníticos 1.4308 G-X 6 CrNi 18 9 Z 6CN18.10M 304 C 15 (LT 196) 1.4313 G-X 5 CrNi 13 4 Z 8CD17.01 425 C 12 GX6 CrNi 13 04 F.8414AM-X7CrNCMo20-10 316 C 16(LT 196) 1.4408 G-X 6 CrNiMo 18 10 G-X 5 CrNiMoNb 18 10 Z 4CNDNb18.12M 318 C 17 GX 6 CrNiMoNb 1.4581
CF-8 CA-6NM CF-8M 20 11
2.3. Aceros inoxidables martensíticos - Dureza: < 320 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 1100 N/mm² 1.4021 1.4034 1.4057 1.4112 1.4116 1.4125 1.4718 1.4747 1.4086 1.4106 1.4138
X 20 Cr 13 X 46 Cr 13 X 20 CrNi 17 2 X 90 CrMoV 18 X 45 CrMoV 15 X 105 CrMo 17 X 45 CrSi 9 3 X 80 CrNiSi 20 G-X 120 Cr 29 G-X 10 CrMo 13 G-X 120 CrMo 29 2
F.3402-X20Cr13 F.3405-X45Cr13 F.3427-X19CrNi 17-2
Z 20C 13 Z 44C14 Z 15CN16.02
Z 100CD17 F.3220-X45CrSi09-03 Z 45CS9 F.3222-X80CrSiNi20-02 Z 80CSN20.02
420 S 37 (420 S 45) 431 S 29
X 20 Cr 13 X 40 Cr 14 X 16 CrNi 16
420
401 S 45 443 S 65
X 45 CrSi 8 X 80 CrSiNi 20
440 C HNV 3 HNV 6
X X X X X
405 410 430 430 Ti 409
431
2.4. Aceros inoxidables ferríticos - Dureza: < 320 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 1100 N/mm² 1.4002 1.4006 1.4016 1.4510 1.4512
X X X X X
6 CrAI 13 10 Cr 13 6 Cr 17 6 CrTi 17 6 CrTi 12
F.3111-X6CrAI13 F.3401-X10Cr13 F.3113-X6Cr17 F.3115-X5CrTi17
Z Z Z Z Z
8CA12 10C13 8C17 8CT17 6CT12
405 S 17 410 C 21 430 S 17 409 S 19
6 CrAI 13 12 Cr 13 8 Cr 17 6 CrTi 17 6 CrTi12
2.5. Aceros inoxidables ferríticos-austeníticos - Dureza: < 320 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 1100 N/mm²
146
1.4460
X 8 CrNiMo 27 5
1.4582 1.4821 2.4821 3.4821
X X X X
4 CrNiMoNb 25 7 20 CrNiSi 25 4 20 CrNiSi 25 5 20 CrNiSi 25 6
F.3309-X8CrNiMo27-05 Z 5CND27.05Az F.3552-X8CrNiMo26-6 X15CrNiSi25-04
329
Z 20CNS25.04
© ITES-PARANINFO
1
Materiales utilizados en fabricación mecánica ALEMANIA No. MATERIAL
ESPAÑA
FRANCIA
REINO UNIDO
ITALIA
U.S.A.
UNE
AFNOR
B.S.
UNI
AISI
DIN
3. FUNDICIÓN 3.1. Fundición gris con grafito laminar - Dureza: < 150 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 500 N/mm² 0.6010 0.6015 0.6020 0.6025 0.6030 0.6035 0.6040
FG10 FG15 FG20 FG25 FG30 FG35
Ft Ft Ft Ft Ft Ft Ft
10 20 25 30 30 35 40
D D D D D D D
Grade Grade Grade Grade Grade Grade
150 220 260 300 350 400
G10 G15 G20 G25 G30 G35
A 48-20 B A 48-25 B A 48-30 B A 48-40 B A 48-45 B A 48-50 B A 48-60 B
3.1.1. Meehanite - Dureza: < 150 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 500 N/mm² GF-150 GD-260 3.2. Fundición gris con grafito laminar - Dureza: 150-300 HB - Resistencia a la tracción: 500-1000 N/mm² 0.6020 0.6025 0.6030 0.6035 0.6040
GG-20 GG-25 GG-30 GG-35 GG-40
FG20 FG25 FG30 FG35
Ft Ft Ft Ft Ft
25 30 30 35 40
D D D D D
Grade Grade Grade Grade Grade
220 260 300 350 400
G20 G25 G30 G35
A A A A A
48-30 48-40 48-45 48-50 48-60
B B B B B
3.2.1. Meehanite - Dureza: 150-300 HB 30 - Resistencia a la tracción: 500-1000 N/mm² 3.3. Fundición gris con grafito esferoidal - Dureza: < 200 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 700 N/mm² 0.7033 0.7040 0.7043 0.7050 0.7060 0.8035 0.8040 0.8045 0.8055 0.8065 0.8135 0.8145 0.8155 0.8165
GGG-35 3 GGG-40 GGG-40 3 GGG-50 GGG-60 GTW-35 GTW-40 GTW-45 GTW-55 GTW-65 GTS-35 GTS-45 GTS-55 GTS-65
Type B Type A
FGS FGS FGS FGS
400.12 370.17 500.7 600.3
420/12 370/17 500/7 600/3
60-40-18 65-45-12 80-55-06
Type C Type B
3.3.1. Meehanite - Dureza: < 200 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 700 N/mm² 3.4. Fundición gris con grafito esferoidal / Fundición maleable bonificada - Dureza: 200-300 HB 30 Resistencia a la tracción: 700-1000 N/mm² 0.7070 GGG-70 0.7080 GGG-80 Y materiales del grupo 3.3 bonificados
FGS 700.2 FGS 800.2
700/2 800/2
GS 700/2 GS 800/2
100-70-03 120-90-02
3.4.1. Meehanite - Dureza: 200-300 HB 30 - Resistencia a la tracción: 700-1000 N/mm² SH 800 SH 1000 4. TITANIO 4.1. Titanio puro (no aleado) - Dureza: < 200 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 700 N/mm² 3.7024.1LN 3.7034.1LN 3.7035 3.7055 3.7064.1LN 3.7065 3.7255
Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti
99,5-Grade 1 99,7-Grade 2 2 99,4-Grade 3 99,2 4 3 Pd
T35 T40 T50 T60
4.2. Titanio aleado recocido - Dureza: < 270 HB 30 - Resistencia a la tracción: <900 N/mm² 3.7114 3.7124 3.7164 3.7174
LN LN LN LN
TiAI 4 Mn 4 TiAI 5 Sn 2 TiCu 2,5 TiAI 6 v 4-Grade 5 TiAI 6 v 6 Sn 2
T-U2 T-AGV
2TA10
4.3. Titanio aleado - Dureza: 270-300 HB 30 - Resistencia a la tracción: 900-1300 N/mm² 3.7124 3.7144 3.7154 3.7164 3.7174 3.7184
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LN LN LN LN LN LN
TiCu 2 TiAI 6 Sn 2 Zr 4 Mo 2 TiAI 6 Zr 5 TiAI 6 V 4 TiAI 6 V 6 Sn 2 TiAI 4 Mo 4 Sn 2
147
1
Materiales utilizados en fabricación mecánica ALEMANIA No. MATERIAL
ESPAÑA
FRANCIA
REINO UNIDO
ITALIA
U.S.A.
UNE
AFNOR
B.S.
UNI
AISI
DIN
5. NÍQUEL 5.1. Níquel puro - Dureza: < 150 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 500 N/mm² 2.1504 LN 2.4042 2.4060 2.4062
Ni Ni Ni Ni
AI Bz 99 CSi 99,6 99,4 Fe
5.2. Aleaciones de níquel resistentes a la temperatura - Dureza: < 270 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 900 N/mm² 2.4360 LN 2.4374 LN 2.4617 2.4665 2.4812 2.4816 1.4876 2.4983
Monel 400 Monel 500 Hastelloy B 2 Hastelloy X Hastelloy C Inconel 600 Incoloy 800 Udimet 500
Z10NC33.21
5.3. Aleaciones de níquel de alta resistencia a la temperatura - Dureza: 270-410 HB 30 - Resistencia a la tracción: 900-1400 N/mm² 2.4631 2.4632 2.4634 2.4662 2.4668 2.4669 2.4670 LN 2.4674 LN 2.4856
Nimonic 80 A Nimonic 90 Nimonic 105 Nimonic 901 Inconel 718 Inconel X-750 Nimocast 713 Nimocast PK 24 Inconel 625
6. COBRE 6.1. Cobre puro o de baja aleación - Dureza: < 100 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 350 N/mm² 2.0060 2.0070 2.0090 2.1356 2.1522 2.1293
E - Cu 57 SE - Cu SF - Cu CuMn 3 CuSi 2 Mn CuCrZr
Cu-ETP-2/C101 Cu-ETP-2/C101 CU-bl
Cu-DHP/C106
C10300/OFXLP C12200/DHP
C C 102
C 18400
6.2. Aleaciones de cobre de viruta corta - Dureza: < 200 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 700 N/mm² 6.2.1. Latones 2.0360 2.0380 2.0402 2.0410 2.0561 2.0580 2.0771
CuZn 40 (MS 60) CuZn 39 Pb 2 (MS 58) CuZn 40 Pb 2 (MS 58) CuZn 44 Pb 2 (MS 56) CuZn 40 AI 1 CuZn 40 Mn 1 Pb CuNi 7 Zn 39 Mn 5 Pb 3
CuZn40 CuZn40 CuZn39Pb2
CZ CZ CZ CZ
109 109 122 130
C 28000 C 28000 C 38000
CZ 115
6.2.2. Bronces 2.1086 2.1093 2.1096
G-CuSn 10 Zn G-CuSn 6 ZnNi G-CuSn 5 ZnPb
CuPb5Sn5Zn5
CT1 LG4 LG2
C 90250 C 92410 C 83600
6.3. Aleaciones de cobre de viruta larga - Dureza: < 200 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 700 N/mm² 6.3.1. Latones 2.0250 2.0265 2.0321 2.0335
CuZn CuZn CuZn CuZn
20 (MS 80) 30 (MS 70) 37 36 (MS 63)
CuZn20 CuZn30 CuZn37 CuZn36
CZ 103 CZ 106 CZ 108
C C C C
24000 26000 27400 27000
Cu Be 1.7 Cu Be 1.9
CB 101
C 17000 C 17200 C 18100
6.3.2. Bronces 2.1020 2.1030 2.1080
CuSn 6 CuSn 8 CuSn 6 Zn 6
C7150
6.3.3. Aleaciones de cobre endurecidas por forja 2.1245 2.1247 2.1293
148
CuBe 1,7 CuBe 2 CuCrZr
CC 102
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1
Materiales utilizados en fabricación mecánica ALEMANIA No. MATERIAL
ESPAÑA
FRANCIA
REINO UNIDO
ITALIA
U.S.A.
UNE
AFNOR
B.S.
UNI
AISI
DIN
6.4. Aleaciones de Cu - Al - Fe - Dureza: < 440 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 1500 N/mm² 6.4.1. Ampco Ampco 18 Ampco 20 Ampco 25 6.5. Aleaciones de Cu - Al - Fe (Viruta corta) - Dureza: < 250 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 850 N/mm² 2.0970 2.0872 2.0830 2.0882 2.0835
CuAl 9 Ni, NiAlBzF 50 CuNi 10 Fe 1 Mn CuNi 25 CuNi 30 Mn 1 Fe CuNi 30 Fe 2 Mn 2 G-CuNi 30
CuAI9Ni3Fe CuNi10Fe1Mn CuNi25 CuNi30Mn1Fe CuNi30FeMn2
AB2 CN102 CN105 CN107 CN108 CN2
C95800 C7060 C71300 C71500 C71640 C96400
6.6. Aleaciones de Cu - AI - Ni (Viruta larga) - Dureza: < 250 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 850 N/mm² CuZn 23 AI 6 Mn 4 Fe CZ116
B138,C670
7. ALUMINIO - MAGNESIO 7.1. Aluminio - Magnesio sin alear - Dureza: < 100 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 350 N/mm² 3.0250 3.0280 3.0305 3.3308
AI AI AI AI
99,5 H 99,8 H 99,9 99,9 Mg 0,5
A-9 A-9-G0.5
7.2. Aleaciones de Aluminio, Si < 0,5% - Dureza: < 180 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 600 N/mm² 7.2.1. Aleaciones de Aluminio de forja 3.0515 3.0516 3.0525 3.0615 3.1325 3.1355 3.3315 3.3535 3.4365
AIMn 1 S-AIMn AIMn 1 Mg 0,5 AIMgSiPb AICuMg 1 AICuMg 2 AIMg 1 AIMg 3 AIZnMgCu 1,5
L-3811 L-3452,38.344 L-3120,38.312 L-3140,38.314 L-3350,38.335 L-3390,38.339 L-3710,38.371
A-M1G0.5 A-U4G A-U4G1 A-G0.6 A-G3M A-Z5GU
N3 NG3
3568
3103
H14 2L97 N41 N5(Mg3.5) 2L95
3579 3583 5764 3575 3735
3005 6012 2017A 2024 5005A 5754 7075
7.2.2. Fundición de Aluminio aleada 3.1841 3.3241 3.3292
G-AICu 4 Ti G-AIMg 3 Si GD-AIMa 9
7.3. Aleaciones de Aluminio, Si = 0,5% - 10% - Dureza: < 180 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 600 N/mm² 7.3.1. Fundición de Aluminio aleada 3.2134 3.2152 3.2162 3.2373
G-AISi 5 Cu 1 Mg GD-AISi 6 Cu 4 GD-AISi 8 Cu 3 G-AISi 9 Mg
L-2571
A-S4GU
LM16
3600
355.1
A7-S10G
7.4. Aleaciones de Aluminio, Si < 10 % - Dureza: < 180 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 600 N/mm² 7.4.1. Fundición de Aluminio aleada 3.2381 3.2383 3.2581 3.2583 3.2982
G-AISi 10 Mg G-AiSi 10 Mg(Cu) G-AISi 12 G-AISi 12(Cu) GD-AISi 12(Cu)
L-2560,61 L-2520,21 L-2530
A-S10G A-S9GU A-S13 A-S12U
LM9
A360
LMS LM20
AZ81hp AZ91hp
G-A9,AZ81 G-A9Z1,AZ91
AZ81,MAG1,MAG2 AZ81hp MAG7,MAG3,AZ91 AZ91hp
AZ81 SAE501, SAE504, AZ91
AM20 AM50 AM100 AM60 AS41 AZ31, MAG11
AM20 AM50 AM100, SAE502 AM60 AS41 SAE52, SAE10
4514 3048
A413 413.1
7.4.2. Fundición de Aluminio aleada AI Mg 3.5106 3.5662 3.5812 3.5912
G-MgAg 3 SE 2 Zr 1 G-MgAI 6 G-MgAI 8 Zn 1 G-MgAI 9 Zn 1
7.5. Aleaciones de Magnesio sin alear - Resistencia a la tracción: < 300 N/mm² MgAl 2, AM 20 AM20 G-A2, AM20 MgAI 5, AM 50 AM50 G-A5,AM50 MgAI 10, AM 100 AM100 AM100 MgAI 16, AM 60 AM60 G-A6,AM60 MgAISi 1, AS 41 AS41 G-A4S1, AS41 3.5312 MgAI 3 Zn, AZ 31 AZ31 G-A3Z1, AZ31
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AM20 AM50 AM100 AM60 AS41 AZ31
149
1
Materiales utilizados en fabricación mecánica ALEMANIA No. MATERIAL 3.5632 3.5812 3.5912
DIN
MgAI 16 Zn 3, AZ 63 MgAI 18 Zn 1, AZ 81 MgAI 19 Zn 1
ESPAÑA
FRANCIA
REINO UNIDO
ITALIA
U.S.A.
UNE
AFNOR
B.S.
UNI
AISI
AZ63 AZ81hp AZ91hp
AZ63 G-A9, AZ81 G-A6Z1, AZ61
7.6. Aleaciones de magnesio de alta resistencia a la tracción - Dureza: < 120 HB 30 3.5612 MgAI 6 Zn 1,AZ 61 AZ61 G-A6Z1, AZ61 MgAI 8 Zn, AZ 80 AZ80 AZ80 MgAg 3 SE 2 Zr 1, QE 22 MSR, QE22 G-Ag2.5, QE22 MgZnCu 710 Mn 2, ZC 6 ZC63 ZC63 MgZn 5 Zr 1, ZK 51 ZK51 ZK51 3.5161 MgZn 6 Zr, ZK 60 ZK60 ZK60 MgZn 6 Zr, ZK 61 ZK61 ZK61
AZ63 AZ63 MAG1, MAG2 AZ81hp MAG1, MAG2 AZ61
SAE50, AZ63 AZ81 SAE520, SAE531, MA3
- Resistencia a la tracción: < 400 N/m MAG121, AZM, AZ61 AZ61 SAE520, SAE531, MA3 AZ80 AZ80 SAE523, AZ80 MSR, QE22 MSR, QE22 QE22 ZC63 ZC63 ZC63 MAG4, ZK51 ZK51 ZK51 MAG161, ZWU, ZK60 ZK60 ZK60 ZK61 ZK61 ZK61
7.7. Aleaciones de magnesio resistentes al calor - Resistencia a la tracción: < 300 N/mm² MgSE 3 Zn 2 Zr 1, EZ 33 EZ33 G-TR3Z2, EZ33 MAG6,ZRE1, EZ33 MgTh 3 Zn 2 Zr 1, HZ 32 HZ32 G-Th3Z2 MAG8ZT1, HZ32 RZ 5, ZE 41 ZE41 G-Z4TR, ZE41 MAG5, RZ5, ZE41 MgZn 4 SE 1 Zr 1 ZH62 ZH62 MAG9,TZ6,2H62
EZ33 HZ32 ZE41 ZH62
EZ33 HZ32 ZE41 ZH62
8. MATERIAS SINTÉTICAS 8.1. Termoplásticos (NOMBRE MATERIAL) POLIPROPILENO POLISTIROL POLIVINILCLORITO POLIOXIMETILENO POLICARBONATO POLIAMIDA POLIMETILMETACRILATO
PS
ULTRAMID
DELRÍN MACRALÓN PA PLEXIGLÁS
PP PVC POM PC PMMA
8.2. Duroplásticos BAQUELITA PERTINAX FERROCELL RESOPAL ALBANIT 8.3. Materiales sintéticas reforzadas con fibras CFC GFC AFC
Reforzado con fibra de carbono Reforzado con fibra de vidrio Reforzado con Amid
9. MATERIALES SINTERIZADOS 9.1. Cermets - Dureza: < 500 HB 30 - Resistencia a la tracción: < 1700 N/mm² (Nombre material) FERRO-TIC FERRO-TITANIC STELLITE
150
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1
Materiales utilizados en fabricación mecánica Tabla de conversión de durezas Vikers-Brinell-Rockwell y resistencia a la tracción VICKERS
BRINELL
HV 30
HB 30
HRB
HRC
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 310 320 330 340
80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 310 320 330 340
36,4 42,4 47,4 52,0 56,4 60,0 63,4 66,4 69,4 72,0 74,4 76,4 78,4 80,4 82,2 83,8 85,4 86,8 88,2 89,6 90,8 91,8 93,0 94,0 95,0 95,8 96,6 97,6 98,2 99,0 ---------------------------------------
------------------------------------------------------------19,2 20,2 21,2 22,1 23,0 23,8 24,6 25,4 26,2 26,9 27,6 28,3 29,0 29,6 30,3 31,5 32,7 33,8 34,9
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ROCKWELL
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN
VICKERS
BRINELL
Rm N/mm² KP/mm²
HV 30
HB 30
HRB
HRC
Rm N/mm² KP/mm²
350 360 370 380 390 400 410 420 440 450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550 560 570 580 590 600 610 620 630 640 650 660 670 680 690 700 720 740 760 780 800 820 840 860 880 900 920 940
350 359 368 376 385 392 400 408 423 430 ---------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------
36,0 37,0 38,0 38,9 39,8 40,7 41,5 42,4 44,0 44,8 45,6 46,3 47,0 47,7 48,3 49,1 49,7 50,4 51,0 51,6 52,2 52,8 53,3 53,9 54,4 55,0 55,5 56,0 56,5 57,0 57,5 58,0 58,5 59,0 59,5 60,4 61,2 62,0 62,8 63,6 64,3 65,0 65,7 66,3 66,9 67,5 68,0
1170 1200 1230 1260 1290 1320 1350 1380 1430 1460 ---------------------------------------------------------------------------
270 290 310 320 340 360 380 390 410 420 440 460 470 490 500 520 540 550 570 590 600 620 640 660 670 680 710 720 730 750 760 780 800 820 830 850 870 880 900 920 940 950 970 990 1010 1040 1080 1110 1140
28 30 32 33 35 37 39 40 42 43 45 47 48 50 51 53 55 56 58 60 62 63 65 67 68 70 72 73 75 77 78 80 82 84 85 87 89 90 92 94 96 97 99 101 103 106 110 113 117
ROCKWELL
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN
120 123 126 129 132 135 138 144 146 149 ---------------------------------------------------------------------------
151
1
Materiales utilizados en fabricación mecánica
Tabla de plásticos FÓRMULA
PROPIEDADES
ALGUNAS APLICACIONES
— CH2 — CH2 —
Termoplástico, traslúcido en lámina, flexible, permeable a los hidrocarburos, alcoholes y gases, resistente a los rayos X y los agentes químicos.
Láminas, bolsas, tuberías, revestimientos aislantes, tapones, tapas, envases, juguetes.
Polipropileno (PP)
CH3 | — CH2 — CH —
Termoplástico, baja densidad, rigidez elevada, resistente a los rayos X, muy poco permeable al agua, resistente a las temperaturas elevadas (<135 °C) y a los golpes.
Artículos domésticos, envases, carrocerías moldeadas, baterías, parachoques, muebles de jardín, jeringuillas, frascos, prótesis.
Poliestireno (PS)
C6H5 | — CH2 — CH —
Termoplástico, transparente en lámina, no tóxico por ingestión, buenas propiedades ópticas y eléctricas, fácil de teñir, resistente a los rayos X, a los aceites y a las grasas.
Envases, utensilios de cocina, difusores ópticos, revestimientos de muebles, aislamiento térmico, juguetes, artículos de oficina, maquinillas de afeitar desechables.
Cl | — CH2 — CH —
Termoplástico, flexible o rígido, opaco o transparente, resistente a los rayos X, los ácidos, las bases, los aceites, las grasas y los alcoholes.
Artículos domésticos, envases, aislamiento de cables eléctricos, conducciones de agua, revestimientos de suelos, contraventanas y puertas plegables, maletas, marroquinería, piel sintética, artículos de deporte y camping, industria química y automoción.
— CF2 — CF2 —
Químicamente inerte, antiadherente, impermeable al agua y a las grasas, excelente resistencia al calor y a la corrosión.
Prótesis, juntas, piezas mecánicas en medios corrosivos, aislamiento eléctrico, revestimiento de sartenes.
Termoplástico, transparente, excelentes propiedades ópticas, buena resistencia al envejecimiento y a la intemperie.
Material sustitutivo del vidrio, letreros luminosos, cristaleras, ventanillas, vitrinas, fibras ópticas, odontología, prótesis, lentes de contacto.
Termoplásticos, excelentes propiedades mecánicas, resistentes a los rayos X y a los carburantes, impermeables a los olores y a los gases.
Envases para productos alimenticios, mecanismos de contadores de agua, gas y electricidad, canalización de carburantes, botas y fijaciones de esquí, sillines de bicicleta.
Fluidas, lubricantes, antiadherentes, débilmente tóxicas.
Fluidos para transformadores eléctricos, masillas, moldeados complejos, revestimientos antiadherentes, barnices, ceras.
Termoendurecibles, transparentes, buenas propiedades mecánicas a temperaturas elevadas, propiedades eléctricas, resistentes a los golpes, fáciles de mecanizar.
Productos textiles, envases, botellas, interruptores, tomas y fusibles para circuitos de alta tensión, prótesis.
NOMBRE
Polietileno (PE)
Policloruro de vinilo (PVC)
Politetrafluoroetileno (PTFE) o teflón
Polimetacrilato de metilo (PMMA) o plexiglás
CH3 | — CH2 — C — | OCOCH3 Ejemplo:
Poliamidas (PA): nylon
Siliconas
— NH — (CH2)a — CO — siendo a un número entero natural R | — O — Si — | R Ejemplos : R = CH3 o C6H5
Poliésteres
152
— R — C — O — R’ — O — C — R — || || O O siendo R y R’ dos grupos de átomos
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado Contenido BLOQUE 1. Propiedades tecnológicas de los materiales z z z z z z
Introducción. Colabilidad. Forjabilidad. Soldabilidad. Embutibilidad. Templabilidad.
BLOQUE 2. Maquinabilidad z Introducción. z Punto 0. z Propiedades del material a mecanizar. z Dureza y resistencia. z Ductibilidad. z Conductividad térmica. z Inclusiones. z Materiales duros/endurecidos. z Aditivos. z Estructura del material. z Condiciones de la pieza a mecanizar. z Estado superficial. z Elementos de la aleación. BLOQUE 3. Referencial para el... z z z z z z z
Mecanizado del acero inoxidable. Mecanizado de la fundición. Mecanizado del aluminio. Mecanizado de aleaciones termo-resistentes. Mecanizado de metales refractarios. Mecanizado del titanio. Mecanizado de «composites».
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado
Bloque 1. Propiedades tecnológicas de los materiales Introducción En el bloque 1 del anterior capítulo se establecía esta denominación a: las maneras de comportarse los materiales frente a las formas de ser trabajados por los procedimientos utilizados en la industria para su transformación.
Por tanto, es más elevada la colabilidad cuanto mayor es el diferencial de temperaturas. Sin embargo, la temperatura de colada viene limitada: z por la capacidad de calentamiento de los hornos, en unos casos, z por las variaciones que pueda sufrir el metal fundido cuando la temperatura a que se eleva pueda ser excesiva, en otros. La colabilidad es muy variable de unos metales a otros, y para su medición (contrastación) se han establecido varios métodos.
Es importante el conocimiento de tales propiedades para cuantos nos dedicamos al trabajo de fabricación mecánica, puesto que, en ocasiones, determinan las posibilidades de obtener una pieza por un procedimiento u otro.
Sección de molde para el ensayo de colabilidad.
El más utilizado universalmente consiste en: colar las muestras del metal o aleación cuya colabilidad se desee determinar, en un molde en forma de espiral de sección triangular. La colabilidad se determina por la longitud de la espiral que el metal llega a llenar.
Pero a su vez, también cabría plantearse que: «hay tantas propiedades tecnológicas como métodos de trabajo se utilicen». No obstante, algunas, por corresponder a procedimientos ampliamente utilizados, han sido estudiadas con más profundidad. En este capítulo, nos vamos a extender especialmente con la maquinabilidad. Cierto es que está considerada como una propiedad relativa, ya que su determinación ofrece grandes dificultades debido a la gran cantidad de variables que intervienen, pero consideramos importante enumerar y desarrollar algunas de las características que están relacionadas con ciertas variables.
Colabilidad Es la propiedad del material que le permite ser utilizado para la fabricación de piezas por las distintas técnicas de fundición y moldeo. Evidentemente, no todos los metales y sus aleaciones tienen la misma viabilidad para su uso en la obtención de piezas fundidas, puesto que unos llenan completamente los moldes con mayor facilidad que otros. A esa facilidad de llenar los moldes estando el metal en estado líquido se le llama colabilidad. Esta propiedad depende de una serie de condiciones, entre ellas: z la diferencia entre la temperatura de colada, y z la solidificación del metal.
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Dos probetas obtenidas en el molde, tras un ensayo de colabilidad.
Forjabilidad Otro de los métodos empleados para conformar las piezas es la forja; es decir, la obtención de la pieza por deformación, estando el material a una temperatura relativamente elevada, pero todavía sólido. Al igual que en otros procesos, no todos los metales pueden someterse con igual facilidad a un trabajo de forja; algunos son totalmente inadecuados, puesto que al someterlos a un proceso de forja se agrietan y/o se rompen, como algunos tipos de fundición de hierro, y los aceros con mucho azufre. Tampoco se forjan con igual facilidad, incluso entre los materiales que se consideran forjables. Una de las condiciones esenciales para obtener buenos resultados en un proceso de forjado es: mantener la temperatura del material entre un máximo y un mínimo estipulados y determinados para cada material.
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado Sin embargo, aun manteniéndose en la franja de temperatura, la energía necesaria y la deformación conseguida varía sustancialmente de unos materiales a otros. La facilidad o dificultad de un material para ser forjado se llama forjabilidad. Existen muchas y diversas pruebas para la determinación de la forjabilidad. Uno de los ensayos más empleados consiste en calentar una varilla de sección cuadrada, a la temperatura de forja y, retorcerla en tirabuzón (también denominado salomónico), pudiéndose determinar la forjabilidad por el número de vueltas que se puedan dar sobre sí, sin llegar a romperse.
Embutibilidad En calderería, fabricación de vehículos, baterías de cocina y un sinnúmero de piezas auxiliares, se emplea el proceso de obtención de piezas de plancha por deformación de éstas en frío. A la capacidad de las planchas para ser trabajadas por este método se da el nombre de embutibilidad. Quizás, el proceso más empleado para medir la embutibilidad es el llamado ensayo de embutición de Erichsen. Para ello, se deforma la plancha a ensayar, sujeta por una mordaza especial en forma de anillo, con un punzón de forma esférica.
Soldabilidad Los materiales metálicos presentan, en mayor o menor grado, la propiedad de unirse entre ellos a través de procesos de soldadura. A la propiedad por la que un material permite ser soldado, se la llama soldabilidad y, como en las anteriores propiedades, es variable de unos a otros. Los conceptos que se tenían de esta propiedad han variado a medida que se han ido incorporando nuevas tecnologías en los procesos de soldadura, y así, algunos materiales tenidos por difícilmente soldables, como eran el aluminio y sus aleaciones, pueden hoy soldarse con facilidad por procedimientos totalmente asequibles.
El resultado (la embutibilidad) se mide por la altura de la flecha del casquete esférico producido en la plancha antes de llegar a la rotura; y la facilidad de embutición, por la carga en kilos necesaria para producir una determinada deformación (medida en altura de flecha).
Debido a esta evolución, es fácilmente comprensible que sean muy variadas las pruebas que se han llegado a utilizar para la determinación de la soldabilidad.
Templabilidad Esta propiedad, cuyo estudio y aplicación se limitaban -habitualmente- al campo de los aceros; es la capacidad que tiene un acero (material) de endurecerse (por la operación llamada temple).
Probeta para ensayo de soldadura (tracción).
Salvando excepciones, estas pruebas no dan idea de la capacidad del material para soldarse, sino la corrección con que se ejecuta el trabajo de soldadura, consistiendo en efectuar ensayos de resistencia de las uniones soldadas.
Fase 1
Fase 2
Consiste en calentar el acero por encima de una determinada temperatura y enfriarlo, más o menos rápidamente según la calidad de éste. La prueba más extendida y conocida -desde 1940- para la determinación de la templabilidad, es el ensayo de Jominy. Consiste en enfriar una probeta de forma cilíndrica calentada
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado a la temperatura de temple, por medio de un chorro de agua, de presión y diámetro constante, que se lanza verticalmente sobre la cara de la base del cilindro. Entonces se mide la dureza de los distintos puntos de una generatriz del cilindro, partiendo de la cara enfriada.
Bloque 2. Maquinabilidad Introducción La maquinabilidad, de momento, no es una propiedad definida ni estandarizada. Generalmente se define como: la habilidad del material de la pieza a ser mecanizado, o la facilidad de cortar el material de una pieza con una herramienta de corte. Un acero con un contenido medio de carbono presenta menos dificultades al ser mecanizado que una aleación resistente al calor y, una fundición gris más fácil que una fundición de coquilla, mientras que un acero con bajo contenido de carbono puede crear más problemas que un acero aleado.
Es importante tener la máxima información del material de la pieza a mecanizar, para poder determinar los factores básicos que nos proporcionen un resultado satisfactorio en las operaciones de mecanizado. Sin embargo, frecuentemente otras prioridades como: el coste de pieza, la productividad, la previsión de la vida de la herramienta y la seguridad en el mecanizado, establecen las bases de partida de la producción individual con relación al concepto de maquinabilidad. A partir de la experiencia de distintos tipos de mecanizado en una gama de materiales, habitualmente cada taller adapta sus prioridades a las dificultades de los distintos mecanizados. Para mejorar la maquinabilidad es necesario garantizar, por ejemplo: una mejora de la calidad del material, de materiales más fáciles de mecanizar, así como la adecuada calidad del material de la herramienta, su geometría, las condiciones de los amarres, líquidos de corte, etc.
Punto 0 Debido a la ya argumentada dificultad de establecer una concreción sobre lo que es la maquinabilidad, parece oportuno sentar el punto 0 (punto de partida) desde el enfoque de la operativa con la herramienta de corte.
Tomamos este punto porque es el que nos proporciona más información directa en -y desde- las distintas operaciones de mecanizado. Así pues, la maquinabilidad de un material desde el punto de vista operacional de la herramienta de corte, la analizamos desde estos criterios:
Sin embargo, debido a los diferentes métodos y circunstancias, así como al desarrollo de las máquinas y herramientas de corte, el concepto de maquinabilidad es ambiguo -por la cantidad de variables que intervienen- y no fácil de medir y poder establecer valores comparativos. La técnica metalúrgica que se ha utilizado para su obtención, su composición química, aditivos, inclusiones, tratamientos que ha recibido, estado superficial, etc., del material de la pieza a mecanizar, inciden en la maquinabilidad. Todo ello, nos va a condicionar para la selección de: la máquina herramienta, el tipo de portaherramientas, operaciones y condiciones de mecanizado y, claro está, sus efectos se verán en el filo de corte. Los valores de maquinabilidad establecidos para los materiales, en el mejor de los casos, pueden utilizarse como valores de partida para -si cabe- una futura optimización.
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z z z z z
vida de la herramienta, formación de viruta, tendencia al filo de aportación. acabado superficial, fuerza de corte y potencia necesaria.
Vista la información sobre los materiales a mecanizar y pruebas de mecanizado realizadas en ellos (frecuentes y actualizadas), si combinamos los datos, la evaluación de maquinabilidad tanto la podemos desarrollar en el ámbito unitario como bajo criterios de producción. Pero cabe recordar que: lo que es y determina buena maquinabilidad en una sucesión de circunstancias, puede no serlo en otras. El ejemplo clásico de lo planteado hasta ahora lo podemos encontrar en la resistencia y dureza del material de una pieza. Son indicaciones importantes, pero no las únicas, otros factores son también importantes: micro estructura, inclusiones, componentes duros y abrasivos, aditivos libres, tendencia al esmerilado, etc.
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado ción de material en la arista de corte, provocando un acabado superficial malo, formación de rebabas y, consecuentemente, corta vida de la herramienta; obligándonos pues, a replantearnos la geometría de corte con ángulos de desprendimiento muy positivos, forma adecuada del rompevirutas, etc. Un aumento de dureza, por ejemplo, por estirado en frío tiene buenas consecuencias.
Por tanto, lo que se puede considerar como buena maquinabilidad con un tipo de herramienta para un tipo concreto de material a mecanizar, puede ser nefasto -en el mejor de los casos, insuficiente- para otro. Ello nos conduce a una primera clasificación -general- de los distintos tipos de materiales más utilizados en el mecanizado por arranque de viruta, siendo característico de cada grupo la formación de la viruta que se desprende al mecanizar:
Material
Calidad de la herramienta de metal duro según DIN/ISO 513
Acero.
P
Acero inoxidable.
M
Fundición.
K
Alumino, etc.
N
Aleaciones resistentes al calor.
S
Aceros duros.
H
Ductibilidad Unos indicadores bajos de ductibilidad son positivos generalmente: repercute en la buena formación de la viruta, y beneficia energéticamente el proceso de corte. Una baja ductibilidad suele estar acompañada de una dureza alta y viceversa. Una buena maquinabilidad suele ser el resultado de una adecuada interrelación entre dureza y ductibilidad.
Conductividad térmica Cuando se habla de una conductividad térmica alta, significa que el calor generado en el proceso de corte es rápidamente conducido fuera de y por la zona de corte. Un valor alto es beneficioso para el mecanizado.
Propiedades del material a mecanizar Cuando se examinan los materiales de las piezas a mecanizar más comunes con el propósito de conocer su maquinabilidad y sus condiciones óptimas de mecanizado, se debe considerar las propiedades en relación con los materiales y como ellas, pueden afectar al mecanizado.
Dureza y resistencia Generalmente, un valor bajo de dureza y resistencia es favorable, y suele ser indicativo de un material muy dúctil. Por tanto, es muy probable que nos dé problemas de aporta-
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La conductividad térmica tiene un valor importante respecto a la maquinabilidad, aunque es una propiedad que no mejora en algunos grupos de aleaciones. En términos generales podemos establecer una primera clasificación de materiales en cuanto a su maquinabilidad relacionada con su conductibilidad térmica: 1. Aluminio. 2. Aceros no aleados. 3. Aceros aleados. 4. Aceros inoxidables. 5. Aleaciones resistentes al calor y de alta resistencia. Si bien es cierto que la conductividad térmica es un factor importantísimo en el mecanizado, la evacuación del calor que se produce en el proceso generalmente es necesario ayudarla con los líquidos refrigerantes adecuados (entre otros: «taladri-
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado nas», aceites de corte...) en las cantidades y presiones estipuladas para ello.
El mecanizado de los materiales duros exige un gran consumo de energía a la hora de generar la viruta (fuerza específica de corte elevada). En estos materiales, habitualmente encontramos una capa superficial endurecida.
Por tanto, si la profundidad de corte es igual que la profundidad de la capa endurecida, la arista de corte está expuesta a tensiones muy fuertes.
Inclusiones Determinamos que una inclusión es un elemento integrado en la composición del material, acompañando -sin ser- ninguno de los componentes tipificados. Las clasificamos en dos grupos: z Macro inclusiones. z Micro inclusiones. Consideramos macro inclusiones aquellas que tienen un tamaño mayor de 150 µm (0,15 mm). Habitualmente son muy duras y abrasivas. Suelen producirse en aceros de baja calidad, ya que éstas son producidas por el proceso de fabricación en el horno, escorias, etc. Muchas de las roturas de herramientas se producen debido a este tipo de inclusiones. Las micro inclusiones están siempre presentes en los aceros de una manera amplia. Una clasificación por sus efectos en la maquinabilidad puede ser: z Indeseables: alúminas y calcio (Al2O3 y Ca). Éstas son duras y abrasivas. z Menos deseables: óxidos de hierro y manganeso (FeO y MnO). Su deformabilidad es mayor e inciden beneficiosamente en la formación de la viruta. z Deseables: los silicatos (Si) -a velocidades de corte altas-. Puesto que los silicatos, a temperaturas de corte lo suficientemente altas, ayudan a generar una capa que protege la zona de corte, por lo que se retrasa el desgaste de la herramienta.
Materiales duros/endurecidos La resistencia de los materiales varía en relación con su capacidad de deformación. Podemos considerar material duro al acero inoxidable austenítico, así como a aquellos materiales resistentes al calor. Los aceros al carbono no los consideramos materiales duros.
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Así pues, una geometría positiva reducirá el efecto de la capa y, consecuentemente, disminuirá la tensión sobre la arista de corte.
Aditivos z Azufre: Si el acero contiene la cantidad suficiente de manganeso, el azufre y el manganeso formarán el sulfuro de manganeso. El sulfito hace de lubricante entre la herramienta/viruta. z Plomo: Se comporta de una manera similar a los sulfuros de manganeso. Es común ver la combinación de aditivos, de azufre y plomo. z Selenio: También se combina con el azufre. Principales propiedades que afectan a la maquinabilidad
z z z z z z
Dureza y resistencia. Ductibilidad. Conductividad térmica. Inclusiones. Materiales duros / endurecidos. Aditivos.
Otras propiedades que afectan a la maquinabilidad
z z z z
Estructura del material. Condiciones de la pieza a mecanizar. Estado superficial. Elementos de la aleación.
Estructura del material La estructura del material afecta a la maquinabilidad en tanto que en ella pueden darse propiedades abrasivas. El elemento abrasivo de los aceros es el carbono que, según la forma y cantidad, influye en las propiedades de los metales. La cantidad de carbono y otros elementos de la aleación afectan a la estructura.
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado Ya que el carbono es el elemento más importante de aleación en los aceros al carbono, y dependiendo de su contenido, se obtienen diferentes estructuras, conviene conocer -además de la austenítica- las que más influyen en la maquinabilidad: z Ferrita: blanda y dúctil. z Perlita: mezcla entre ferrita y cementita. z Cementita: dura y abrasiva. z La cementita tiene la estructura más dura que se puede obtener, más dura que la martensítica. Incluso en cantidades pequeñas, tiene gran influencia en la vida de la herramienta.
Estado superficial El estado superficial del material de donde se van a mecanizar las piezas puede afectar al resultado, de forma parecida a las macro inclusiones, resultando un mal aspecto superficial, desgaste rápido y rotura de la herramienta, etc. Una pieza mecanizada previamente es, quizás, la mejor opción en la mayoría de los casos. Las tolerancias amplias en bruto suelen significar más operaciones de mecanizado y, por tanto, un mayor esfuerzo para alcanzar las dimensiones establecidas y el acabado superficial requerido.
z La perlita toma una posición intermedia en cuanto a dureza. La dureza de las láminas de perlita también depende del tamaño de éstas. Las láminas de tipo fino dan mayor dureza que las gruesas. z Los aceros martensíticos tienen peor maquinabilidad que los aceros ferríticos.
Condiciones de la pieza a mecanizar El material del que se van a mecanizar las piezas en los talleres, habitualmente suele estar, o haber pasado alguno -o más de uno- de estos estados: z Laminado en caliente. z Normalizado. z Recocido. z Estirado en frío. z Templado y endurecido. El laminado en caliente produce en algunos casos una estructura no homogénea y cerrada. Respecto a la maquinabilidad, una estructura cerrada no homogénea puede producir algunas desviaciones (capas, núcleos de distinta dureza...). Durante el proceso de normalización, el material se calienta en la zona de la austenita y, después de una total transformación dentro de ésta, es enfriado inmediatamente por debajo de la temperatura ambiente. El objetivo es alcanzar una estructura más homogénea y uniforme para mejorar el comportamiento del material, lo que aumenta su nivel de maquinabilidad. En estado de recocido -generalmente- el material ha sufrido un proceso suave para ablandar el material. El recocido suave no debe confundirse con el recocido empleado para eliminar tensiones. El recocido para eliminar tensiones intenta disminuir la resistencia en un área del material durante el enfriamiento o en una operación de trabajo en frío. El recocido para eliminar tensiones se obtiene a bajas temperaturas y no debe afectar a la estructura, no teniendo mucho efecto sobre la maquinabilidad. Un material trabajado en frío ha sido generalmente expuesto a una normalización o a un recocido suave. Los aceros en frío son favorables para el mecanizado debido a que:
Elementos de la aleación Prácticamente todos los materiales para mecanizar que se emplean en la industria son aleaciones de hierro, aluminio, cobre y níquel. Las propiedades mecánicas y de maquinabilidad de las aleaciones difieren bastante de las de los metales base. Composiciones químicas similares pero con estructuras diferentes significan maquinabilidad diferente. La dureza de los materiales suele aumentar el desgaste de las herramientas. Mecanizando con herramientas de metal duro, se puede establecer que un valor de aproximadamente 200 HB es considerado medio. En la siguiente tabla relacionamos la influencia de algunos de los componentes de las aleaciones. Negativa Mn Ni
Pb
Co
S
Cr
P
V
C 0,3 – 0,6%
C < 0,3% C > 0,6%
z mejora su estado superficial,
Mo
z reduce la aportación al filo,
Nb
z reduce la formación de rebabas.
W
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Positiva
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado
Bloque 3. Referencias para el... Mecanizado del acero inoxidable Dentro de la gama de los aceros aleados, el acero inoxidable muy aleado es el material más solicitado y, habitualmente, el más costoso -económicamente hablando- de mecanizar. Las características más habituales en el mecanizado de los aceros inoxidables son: z una generalizada tendencia al endurecimiento por deformación (mayor presión sobre la arista), z baja conductividad térmica (temperaturas de corte altas), z tenacidad y fuerza (elevadas fuerzas de corte y demanda de rotura de viruta), z tendencia a la soldadura (formación del filo de aportación).
z Importante controlar el radio de punta de la herramienta según la necesidad. Un radio muy grande producirá vibraciones, pero un radio pequeño y suficientemente recio nos facilitará un mejor control de viruta y fuerzas de corte más pequeñas. z Utilizar la calidad y la geometría adecuada dependiendo de la operación que se vaya a realizar. La experiencia sugiere: una arista de corte positiva con resistencia suficiente de la misma.
z Es conveniente emplear un ángulo de desprendimiento positivo lo más amplio posible, combinado con un ángulo de incidencia -adecuado para las dimensiones de la pieza- con el fin de mejorar la penetración de la herramienta en el material, sin matar -en la medida de lo posible- la arista de corte. W 0,1-0,2
R α
Al mecanizar aceros inoxidables, austeníticos y ferrítico/martensíticos, la experiencia ha determinado unos campos de bajas y altas velocidades de corte donde se genera el problema del filo de aportación en la mayoría de aleaciones de estos tipos. Éstas están entre Vc:40-90 m/min en la zona baja y Vc:180-400 m/min, en la zona alta. Existen algunas recomendaciones generales para el mecanizado de los aceros inoxidables:
z Para operaciones de desbaste: arista de corte más reforzada. Para operaciones de acabado: arista de corte lo más aguda posible. z En torneado, el refrigerante debe ser el adecuado y en cantidad y presión abundante para poder facilitar la evacuación del calor en la zona de corte, corrigiendo, en parte, la baja conductividad térmica. z Es conveniente utilizar una geometría de placa que durante el mecanizado mantenga la menor fricción posible entre ella y la viruta.
z Es importante que la máquina herramienta tenga una construcción estable, con una buena base y cabezal/es de calidad, y potencia suficiente para soportar el mecanizado. aportación
z Las sujeciones de la herramienta de corte y de la pieza deben ser lo más rígidas posible. Es importantísimo que el vuelo sea lo más corto posible.
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado z En los desbastes emplear grandes avances y profundidades de corte en combinación con velocidades de corte relativamente bajas, mejor que pequeños avances y pequeñas profundidades de corte a velocidades altas. z Para el acabado, en el desbaste y/o semi-acabado debe haberse dejado suficiente material para que la herramienta pueda ir cortando por debajo de la zona endurecida o deformada. z Es vital controlar el desgaste por incidencia procurando que no sea considerable. Si así ocurre, producirá un endurecimiento de la pieza en la zona de corte que puede alcanzar hasta 500 HB, generando posteriormente problemas en el acabado.
incidencia
z Actualmente, algunos cermets incorporan características que hacen que se puedan considerar como calidades óptimas para el torneado y fresado del acero inoxidable. z En el fresado es recomendable que la herramienta corte en contra del avance, ya que a favor se produce un mayor contacto y su consecuencia es una capa más deformada y endurecida, necesitando mayores fuerzas de corte.
z Controlar y evitar -en lo posible- las holguras de los husillos durante el mecanizado, puesto que ello produce irregularidades en el avance y la consecuencia inmediata es un endurecimiento de la superficie mecanizada. Si no podemos evitar o corregir las holguras, es conveniente reducir el avance tanto a la entrada como a la salida del mecanizado. z Es importante tener en cuenta la profundidad radial de corte para poder controlar y posicionar la fresa en relación con la pieza a mecanizar.
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z En el fresado, es conveniente usar el líquido refrigerante solamente cuando trabajemos con velocidad de corte baja y con fresas de forma. z Un ángulo de ataque < 90° es beneficioso. Con un ángulo de ataque 90° se formará una rebaba gruesa y dura que producirá un rápido desgaste mecánico por astillamiento.
muescas
Mecanizado de la fundición En los tipos de fundición de estructura ferrítica y con algo o nada de perlita los procesos de mecanizado no tienen muchas dificultades, debido a que tienen una dureza baja (<150 HB) y baja resistencia. Como consecuencia de la alta ductibilidad de la ferrita no suelen producirse filos de aportación en la arista de corte. En caso de producirse y si el proceso lo permite, hay que incrementar la velocidad de corte.
Si bien la dureza Brinell nos indica un factor que incide en el mecanizado de las fundiciones (a medida que aumenta su valor incide negativamente en la maquinabilidad), no estipula ningún referente sobre la «dureza abrasiva» propia de los carburos libres y las inclusiones de arena que se encuentran en algunos tipos de fundiciones: Tenemos más dificultades en el mecanizado en una fundición de 200 HB con carburos libres, que con otra fundición de la misma dureza pero con una estructura perlítica 100%, libre de carburos.
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado En términos generales, podemos establecer que los índices en la facilidad de mecanizado de los 4 tipos generales de fundiciones son:
aportación
z Fundición gris: 100% z Fundición maleable: 95% z Fundición nodular: 75% z Fundición blanca de coquilla: 10% Los efectos negativos que producen los carburos libres sobre la maquinabilidad en las fundiciones perlíticas, son debido a la situación de éstos. Esto es: la arista de la herramienta cortará por la zona de partículas duras, en lugar de cortar dentro de una blanda como ocurre con una estructura ferrítica. Las superficies periféricas de las piezas fundidas suelen generar dificultades en el mecanizado como consecuencia de las impurezas concentradas en las capas superficiales. Aunque es habitual que oigamos: a mayor dureza y resistencia menor maquinabilidad y, por tanto, corta vida de la herramienta, refiriéndose a las fundiciones, cabe recordar lo que ya hemos enunciado referente a la dureza en párrafos anteriores, y en lo referente a la vida de la herramienta es conveniente conocer otros parámetros; por ejemplo: los desgastes: abrasión, filo de aportación, difusión. z Desgaste por abrasión: siendo el más común, en las fundiciones, los carburos, las inclusiones de arena y las impurezas superficiales son los mayores responsables de ello. Suele materializarse en desgaste en la superficie de incidencia, en la de desprendimiento o en el filo de la herramienta (desgaste en incidencia, desgaste en cráter, muescas en la arista de corte).
Generalmente se recurre a herramientas de cerámica, consiguiendo al mismo tiempo un buen acabado superficial. La obtención de buenos resultados en el mecanizado de los distintos tipos de fundición dependerá en buena medida de cómo avance el desgaste de la arista de corte: z si se produce un embotamiento rápido degenerará en una rotura prematura de la arista de corte consecuencia de las fisuras térmicas, proporcionando un acabado superficial deficiente. fisuras
cráter
z Desgaste por adhesión (filo de aportación): suele producirse con velocidades de mecanizado bajas y, consecuentemente, las temperaturas generadas son bajas. Aprovechando estas circunstancias, la parte de ferrita debido a su facilidad a soldarse con la plaquita de corte, es la que forma el filo de aportación. Solucionamos este problema aumentando la velocidad de corte.
z es muy importante conseguir que el desgaste en incidencia sea progresivo y controlado, manteniendo la arista de corte equilibrada con un corte agudo para que pueda seguir trabajando hasta su límite. z el mecanizado de la fundición blanca de coquilla tiene variaciones por la presencia de la cementita. Por ello es conveniente utilizar geometrías diferentes, con otras condiciones de corte para desarrollar el mecanizado en condiciones.
incidencia
muesca
z Desgaste por difusión: se produce con altas temperaturas y habitualmente a altas velocidades de corte, especialmente en las fundiciones de alta resistencia.
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Los rodillos de laminado y componentes similares -en este tipo de material- se mecanizan con CBN o cerámicas con bajas condiciones de corte. En algunos casos todavía se utiliza el rectificado para su mecanizado.
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado
Mecanizado del aluminio Las aleaciones de aluminio, generalmente, tienen buena disposición para el mecanizado, además las temperaturas que se generan durante el mecanizado son bajas y las fuerzas de corte son pequeñas, lo que nos permite trabajar a mayor velocidad de corte.
Actualmente disponemos de calidades de metal duro sin recubrir, especialmente diseñadas y construidas, con una aguda arista de corte que tienen un excelente comportamiento durante el mecanizado de la mayoría de aleaciones.
En algunas operaciones será necesario disponer de ciertas ayudas accesorias: líquidos especiales, que nos faciliten un óptimo control de la viruta generada, puesto que para un corte adecuado necesitamos una arista muy aguda y positiva -geometría específica-, características propias de las herramientas de corte destinadas al mecanizado de aleaciones de aluminio. Esto es: un gran ángulo de desprendimiento para evitar la tendencia al filo de aportación. Aun disponiendo de buena maquinabilidad, en las piezas en bruto forjadas y las aleaciones fundidas, se observa mejor mecanizado cuando están tratadas que cuando están recocidas. Incluso con velocidades de corte altas, en algunas ocasiones, se llega a producir filo de aportación en ciertas aleaciones, lo que provoca un acabado superficial deficiente. Éste se agrava si se trabaja con herramientas de corte que no tienen la geometría adecuada para el mecanizado de aluminio. Como algunas aleaciones a velocidades de corte altas no rompen fácilmente la viruta, y uno de los factores más importantes cuando se mecaniza aluminio es el control y la evacuación de ésta, en algunos casos para conseguirlo deberemos contar con un ángulo de incidencia grande, sobre todo en aleaciones que contengan silicio con composición eutéctica y super-eutéctica, ya que la forma de las partículas de silicio, grandes y largas, provocan gran desgaste en la herramienta.
También el espesor de la viruta es importante. En los procesos de fresado con velocidad de corte alta, frecuentemente suele ocurrir que el avance es bajo, lo que causa un excesivo rozamiento en detrimento del corte, produciendo un sobrecalentamiento que genera malos acabados y acorta la vida de la herramienta. Concluyendo, diremos que los procesos y las herramientas más eficaces para el mecanizado de las aleaciones de aluminio son aquellas que produzcan los menores esfuerzos posibles. Los parámetros y condiciones de corte, así como filos de corte agudos, deben adaptarse para prevenir la producción de rebabas en la pieza, tanto en las aristas como en las superficies.
Mecanizado de aleaciones termo-resistentes Las aleaciones termo-resistentes (resistentes al calor) generan una problemática considerable al mantener su resistencia a altas temperaturas, ejerciendo altas presiones sobre la arista de corte.
Para estos casos es mejor utilizar una herramienta de diamante, puesto que han sido desarrolladas para el mecanizado de estas aleaciones, pudiéndose utilizar velocidades de corte muy altas con gran volumen de arranque de viruta. Claro está, en máquinas herramientas con posibilidad de trabajar a estas velocidades de corte altas, ya que de no ser así la velocidad de corte queda entonces limitada por la máquina.
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado Por ello es necesario utilizar geometrías de corte que distribuyan uniformemente estas presiones, facilitando el deslizamiento de la viruta por la superficie de desprendimiento y, que a su vez, dispongan de aristas de corte reforzadas, tanto para soportar las presiones, como para el desgaste por abrasión, producido particularmente por las piezas que vienen de fundición o de forja. Para el mecanizado de estas aleaciones es importante contemplar: z las herramientas y plaquitas de metal duro a utilizar deben ser de grano fino y sin recubrir, compuestos tipo «whisker» o cerámica, z en la medida de lo posible, utilizar una geometría de corte adecuada, positiva y con arista aguda, aunque siempre reforzada, z dentro de los límites que nos establezca la máquina, emplear avances y profundidad de pasada lo más grandes posible, z controlar la herramienta: superficies de incidencia y desprendimiento, así como el filo, para evitar sorpresas a través de un desgaste desproporcionado y/o una rotura prematura, z especialmente en la zona de corte, la cantidad de refrigerante que reciba debe ser alta y, en la medida de lo posible con presión. Así también evitaremos atascos de viruta, z la máquina debe disponer de excelente estabilidad en buenos anclajes para evitar y/o absorber posibles vibraciones. A ello ayudará una óptima sujeción de la pieza, z en los trabajos de desbaste y especialmente con corte interrumpido, los portaherramientas deben estar bien sujetos y con poco vuelo. Las herramientas con ángulo de incidencia grande y arista de corte reforzada, z con el objetivo de obtener virutas de espesor pequeño a la salida, en los procesos de fresado es conveniente que la fresa trabaje en contra del avance, z utilizar fresas con paso grande para así disponer de capacidad para el alojamiento de viruta, que a su vez estén bien equilibradas con corte lo más uniforme posible para poder alcanzar una carga constante.
Mecanizado de metales refractarios Mecanizar estos metales es algo complicado, debido a la variación de su dureza y su conductividad térmica durante el mecanizado, produciendo altas temperaturas: z es muy difícil determinar las condiciones de corte óptimas del Columbium (Cb) y del Tantalio (Ta), ya que además, disponen de una buena ductilidad que provoca filo de aportación, z tendremos problemas en los trabajos de taladrado y mecanizado de agujeros donde las herramientas puedan sufrir una dilatación mayor que el material de la pieza, casos del Molibdeno (Mo) y del Wolframio (W) con bajos coeficientes de expansión. Además, no se sueldan. z es muy importante contemplar la dirección del mecanizado, puesto que su resistencia se despliega en la dirección del material arrancado. La presión de corte produ-
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cida por el avance y la profundidad de pasada, trabajando en una dirección, puede producir alteraciones por exceso o por defecto cuando pase a un plano de trabajo menos resistente.
Mecanizado del titanio Trabajando con condiciones de corte correctas y gran estabilidad, tanto de máquina, como de herramienta y pieza, el mecanizado del titanio y sus aleaciones no es difícil, pero sí duro, aunque menos que el acero inoxidable austenítico.
Cortesía de Kyocera.
Se producen virutas generalmente cortas e intermitentes, pero extremadamente calientes, tendiendo a pegarse a la arista de corte y producir filo de aportación. Las aleaciones del tipo alfa (α) y el titanio puro ofrecen buenas condiciones de mecanizado. Estas condiciones empeoran cuando las aleaciones son del tipo alfa-beta (αβ) y beta (β). Cuando mecanicemos titanio o alguna de sus aleaciones, es conveniente contemplar: z trabajar con herramientas que dispongan de una arista de corte aguda, positiva y buen ángulo de incidencia, z mecanizar con las adecuadas condiciones de corte, optimizando el avance y aplicar correctamente abundante refrigerante, z controlar la herramienta: superficies de incidencia y desprendimiento, así como el filo, para evitar sorpresas a través de un desgaste desproporcionado que nos generará un exceso de calor y/o una rotura prematura, z especialmente en las operaciones de fresado y mandrinado reducir la posibilidad de vibraciones, z establecer un amarre correcto tanto de la pieza como de la herramienta, la posición correcta de la fresa y fresar en contra.
Mecanizado de «composites» Al igual que con todos los materiales, las condiciones de corte apropiadas son esenciales en el mecanizado de composites, como lo es un correcto avance con el fin de evitar un excesivo roce de la herramienta ya que si no es así, en lugar de cortar desgarrará o romperá la fibra.
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Propiedades y características relacionadas que afectan al mecanizado El metal duro que habitualmente se utiliza en las herramientas es de grano muy fino y recubierto (PVD). Se usan brocas comunes para el taladrado de algunos materiales compuestos (fibra de carbón y fibra de vidrio), pero para otros (aramidas), es preciso utilizar brocas especiales diseñadas para cortar limpiamente y no perjudicar las paredes de los agujeros. Para el mecanizado de composites con fibra de carbón y también de los que contienen fibra de vidrio, la vida de la herramienta es inversamente proporcional a la velocidad de corte: z velocidad alta ⇒ vida corta de la herramienta z velocidad baja ⇒ vida larga de la herramienta. Para obtener acabados correctos sin alteración del compuesto, éste debe ser cortado limpiamente con una herramienta de arista de corte muy afilada, puesto que un afilado incorrecto o un desgaste prolongado de la misma rompen las fibras. En cambio con una arista muy afilada la presión de corte de la herramienta se reduce obteniendo un corte más limpio.
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Puesto que los materiales compuestos están formados por capas de materiales distintos (Capítulo 1 - Bloque 5), es importante considerar el tipo de composite que vamos a mecanizar, pero por razón de su estructura, es más con-veniente la relación fibra/matriz para poder establecer los parámetros de corte adecuados.
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Elementos para la sujeción de piezas Contenido BLOQUE 1. Planteamientos generales z Introducción. z Requisitos del utillaje: z Técnicos. z Económicos. z Ergonómicos. z Funciones del utillaje. z Tipos de utillajes: z Específico. z Modular. BLOQUE 2. Criterios para el diseño de utillajes z z z z
Introducción. Relaciones de tolerancia geométrica. Superficies de apoyo, de partida y de referencia. Deformaciones: z Mecánicas. - Esfuerzo de corte. z Térmicas. - Razonamiento del fenómeno. z Consideraciones para la realización de los utillajes. z Precisión. z Simplificación de trabajo. z Dibujos de utillajes. BLOQUE 3. Diseño de utillajes específicos z Concepción y estudio. z Método. z Posicionamiento. z Aprietes. z Espirales y excentricas. z Guiado de herramientas. z Bases para utillajes. z Utillajes expansibles. z Esquemas de fijaciones.
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BLOQUE 4. Diseño de utillajes modulares z z z z z z z
Introducción. Determinación de atadas. Estudio y concepción. Configuración de posicionamiento. Puntos de amarre. Puntos de soporte. Diseño del utillaje.
BLOQUE 5. Elementos comerciales BLOQUE 6. Tablas...
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Elementos para la sujeción de piezas
Bloque 1. Planteamientos generales
conjunto de útiles necesarios para la industria. Por tanto, entendemos que lo podemos utilizar para designar: a) los aparatos, dispositivos y/o montajes, b) el utillaje propiamente dicho de trabajo,
Introducción En Fabricación Mecánica, la sección y/o el taller de «utillaje» se encarga de preparar los dispositivos para facilitar y garantizar el posicionamiento y fijación de algunas piezas que necesitan ser mecanizadas -en serie, o unitarias- con requerimientos concretos. Estos requerimientos concretos no siempre hay que entenderlos como «especiales».
c) algunos elementos que facilitan la verificación.
Requisitos del utillaje El equipo habitual u ordinario de las máquinas herramientas convencionales (tornos, fresadoras, taladradoras, etc.) no siempre puede ser el más adecuado para ciertos procesos u operaciones de mecanizado, aunque se trate de trabajos unitarios que realicen operarios cualificados. El equipo especial (montajes y herramientas) es el que nos tiene que permitir ejecutar estos procesos, tanto si su ubicación es en pieza unitaria como en la producción en serie. Cabe aclarar que: no por el hecho de utilizar montajes especiales mejorará la precisión de la máquina, puesto que las imprecisiones de éstos suelen sumarse a los propios de la máquina, lo que sin duda repercute en la pieza. Por ello, es conveniente -siempre dependiendo de los requerimientos de las piezas a mecanizar- trabajar con tolerancias estrechas en la construcción y montaje de los utillajes, especialmente para las superficies con funciones de guía y apoyo. Así pues, un utillaje debe cumplir una serie de requisitos: z técnicos, z económicos, z ergonómicos.
Se llama montaje de mecanizado -también utillaje para mecanizado- a cualquier dispositivo, especial o estándar, situado entre el plato o la mesa de la máquina-herramienta y la pieza a mecanizar, facilitando la ejecución de una o más operaciones. Para diferenciarlo del equipo universal de las máquinas herramientas (mordazas, divisores, lunetas, etc.), generalmente se le denomina «utillaje». Toda la documentación técnica y la ejecución de los mecanizados de elementos que forman parte de los montajes, herramientas y útiles especiales (estudio, proyecto y dibujo, aprovisionamiento, mecanizado, montaje y pruebas) suelen realizarse en un plazo relativamente corto hasta la puesta en marcha de la fabricación. Para ello, la sección de utillaje necesita contar con métodos de producción rápidos, que se adapten a cantidades y tipos de trabajos muy variados. En mecánica general es habitual que el taller de utillaje realice el ensamblado y la puesta a punto de dispositivos y utillajes especiales, formados por elementos comerciales o mecanizados en el taller, o lo más habitual, la mezcla de ambas procedencias. En producción en serie el taller de utillaje tiene características y funciones prácticamente iguales que en mecánica general, aunque a veces, para algunos útiles especiales, sea necesaria la colaboración con los proveedores. El término utillaje lo utilizamos con amplitud. Con eso queremos decir que, utillaje es -según la Real Academia- el
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Requisitos técnicos Tal como se desprende de lo dicho en la introducción, un utillaje genera la conexión física entre la máquina y la pieza que se debe mecanizar. La pieza debe situarse -dentro de la zona de trabajo de la máquina- en una posición predefinida y una orientación o alineación que permita un mecanizado preciso. Por tanto, el utillaje debe garantizar el posicionamiento y orientación de la pieza, así como su mantenimiento a pesar de las fuerzas de corte, fuerzas de amarre y del peso propio de la pieza.
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Elementos para la sujeción de piezas Consecuentemente, se requiere del utillaje que: z genere la referencia espacial de la pieza, z no deforme la pieza -consecuencia de las fuerzas anteriores- por encima de los límites establecidos, z no interfiera en el mecanizado de la pieza.
Requisitos económicos En términos estadísticos podemos decir que los utillajes -salvando excepciones- suelen representar el 30% del coste de fabricación de una serie de piezas. Siguiendo en los mismos términos, el tiempo invertido en su diseño, se aproxima al 25% del tiempo total de preparación del mecanizado de una pieza determinada. Con ello podemos hacernos una idea de la importancia del proceso de diseño de utillajes.
El montaje y alineación del utillaje en el «pallet» o en la máquina también generan costes. Su importancia depende en gran parte del nivel de eficacia (organización, recursos materiales, etc.) de la sección de utillajes.
Requisitos ergonómicos Los requerimientos ergonómicos que se espera que satisfaga un utillaje básicamente son tres:
Desde la óptica económica, los costes de diseño, fabricación y uso de utillajes, es deseable que sean lo más bajos posibles. Estos costes dependen de varios factores; algunos de ellos son: z Complejidad del utillaje, que está sujeta a la morfología de la pieza a sujetar: Aunque no en todas las ocasiones, pero cuanto más compleja sea la forma de la pieza más complejo deberá ser el utillaje que la sujete. Si éste es el caso, sin duda aumentarán los costes de elaboración del mismo. z Precisión necesaria por requerimientos de la pieza a mecanizar: Ya hemos hecho referencia a las tolerancias estrechas para los utillajes, ya que si el utillaje debe de asegurar una precisión de posicionamiento y alineación de la pieza, es necesario que las suyas sean mayores que la más restrictiva de las relaciones de tolerancias definidas en la pieza. Cuanto más precisa sea la pieza más preciso será el utillaje y consecuentemente su elaboración más delicada, lo que supone un mayor coste.
z Que no requiera de considerables esfuerzos para el amarre de la pieza. z Facilidad de limpieza, para evitar -entre otras razonesdesalineamientos y/o desajustes debidos a virutas u otros elementos extraños en el utillaje. z Disposición única de la pieza para evitar errores en el posicionamiento (técnicas Poka-Yoke):
z Tamaño: No tanto por sus dimensiones, sino por la cantidad y complejidad de las operaciones que deban realizarse en las superficies, en general, cuanto más grande sea el utillaje más caro resultará. z Vida productiva: Si la serie de piezas a mecanizar es grande, el utillaje debería ser capaz de mantener sus precisiones durante el mecanizado de todo el lote. Este factor debe contemplarse durante el diseño para la elaboración de un utillaje más recio que uno para series pequeñas. Para conseguir esta robustez será necesario recurrir a materiales adecuados, habitualmente especiales, que no tienen el mismo coste que los estándar.
Posición INCORRECTA.
z Velocidad y facilidad de posicionamiento y extracción de la pieza en el utillaje: Los elementos y/o sistemas hidráulicos, neumáticos o pneumohidráulicos que permiten una sujeción y extracción de la pieza más rápida y segura que apretando o aflojando manualmente una tuerca, aumentan el coste del utillaje, pero la sujeción y extracción serán más rápidas, lo que a su vez representa menor tiempo muerto en la producción.
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Posición CORRECTA.
Frecuentemente vemos casos de piezas que por su simetría nos parece que se pueden montar en el utillaje en distintas posiciones; pero sólo una de ellas es la adecuada.
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Elementos para la sujeción de piezas Cuando nos encontramos con estos casos, para no provocar errores en el posicionamiento de la pieza, es conveniente introducir elementos en el utillaje -aprovechando la geometría de la pieza, o haciendo una mínima marca- que sólo permitan posicionar la pieza de manera adecuada, por ejemplo: una ranura para encajar en un tope «pin», como en la figura.
z sujetar la pieza manteniéndola en su posición durante el mecanizado, z aguantar la pieza evitando posibles deformaciones provocadas por el amarre, peso o a los esfuerzos de corte.
resultado
ranura para tope
Funciones del utillaje Contemplando los requisitos anteriores podemos resumir en tres las funciones básicas de los utillajes:
Referencia espacial El cometido de la referencia espacial es el de aportar la pieza con la precisión requerida a la posición determinada dentro del sistema de coordenadas de la máquina. El referenciado se consigue con la ayuda de elementos de posicionamiento, que limitan los seis grados de libertad isostáticamente.
z ejecutar la referencia espacial de la pieza consiguiendo un posicionamiento y una alineación determinada con relación a las coordenadas o referencias de la máquina: En las máquinas controladas por CNC, el programa controla los movimientos y trayectorias de las herramientas. Éstos se programan y ejecutan con respecto al sistema de coordenadas de la máquina, por tanto, el utillaje debe mantener la pieza en la posición correcta dentro del sistema de coordenadas de la máquina con el fin de poder mecanizarla correctamente. Un cuerpo libre en el espacio se puede mover según seis grados de libertad o diferentes tipos de movimientos. Éstos son: cara a mecanizar
pieza desalineada
Prácticamente todos los controles numéricos permiten establecer el «cero máquina» u origen del sistema de coordenadas de la máquina y el «cero pieza» u origen del sistema de coordenadas parciales de la pieza. Ello nos permite una gran flexibilidad en caso de error de posicionamiento de la pieza ya que mediante las opciones del control podemos solventar este problema. Con todo, si se produce un error de alineación del utillaje, y consecuentemente, de la pieza con relación a los ejes, esa desalineación se verá reflejada en el mecanizado y la pieza será defectuosa.
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z Tres traslaciones a lo largo de tres ejes. z Tres rotaciones alrededor de tres ejes. Lo que supone restringir las rotaciones y traslaciones de la pieza con respecto a las tres direcciones principales. Así pues, el posicionado de la pieza y/o del utillaje se realiza, generalmente, valiéndose de un sistema de referencia a tres caras planas -perpendiculares entre sí- que forman un triedro trirrectángulo, lo que es lo mismo que el sistema plano-línea-punto de Lord Kelvin equivalente a seis contactos puntuales (3 para r1, 2 para r2, 1 para r3): r3 r2
r1
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Elementos para la sujeción de piezas z la referencia r1 corresponde a la superficie de apoyo de la mesa o del plato, cuyos contactos restringen una traslación y dos rotaciones; z la referencia r2 generalmente se refiere a la ranura central de la mesa (flanco opuesto al esfuerzo de corte) o el orificio central del plato, sus contactos restringen una traslación y la rotación restante; z la referencia r3 está determinada por un tope opuesto al esfuerzo de corte en la dirección r2 (caso de la mesa) o a la rotación (caso del plato), que restringe la última traslación.
Sujeción y soporte Un plato circular (también conocido como mandril) solidario al eje principal de la máquina, liso con ranuras o dotado de 3 o 4 garras -independientes o no- de accionamiento manual, neumático, hidráulico, etc., forma parte de los tornos y de algunas otras máquinas -rectificadoras, taladradoras, talladoras, etc.- como ya se ha visto en el capítulo 0, como elemento universal de sujeción y soporte.
En ocasiones, el tope positivo r3, no existe, y la inmovilización queda asegurada por adherencia mediante un elemento de presión aplicado contra r1, cuando la mesa no tiene más que ranuras longitudinales. Para solventar esta incidencia, ciertas máquinas disponen en sus mesas ranuras auxiliares transversales y orificios para facilitar la colocación en posición. También podemos encontrar en el mercado dispositivos adecuados que nos faciliten este montaje, como el de la imagen.
Plato universal de 3 garras.
Frecuentemente, en las fresadoras verticales y en las mortajadoras se emplean los dos sistemas combinados para dar a la pieza tres movimientos de avance en el mismo plano horizontal: dos rectilíneos perpendiculares entre sí y uno de rotación.
Cortesía de Amfo.
El mantenimiento de la precisión está condicionado por la permanencia de la calidad de las superficies en contacto: z entre pieza que se mecaniza y utillaje, y z entre utillaje y máquina herramienta.
Por lo que es conveniente en el momento de determinar las «superficies de referencia», contemplar su dureza y el posible desgaste, así como las características de trabajo de cada pieza con el fin de asegurar un buen funcionamiento del conjunto.
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Mordazas rectas Arnold – Fresmak.
La mesa de las fresadoras, mandrinadoras, limadoras, cepillos, mortajadoras, así como de algunas rectificadoras y taladradoras puede adoptar diferentes geometrías: rectangular, cuadrada, hexagonal, circular, etc.; y de la misma manera que para el torno el plato es el sistema universal de sujeción y soporte, lo es la mordaza para este otro tipo de máquinas cuando se trata de realizar trabajos unitarios.
Plato de 4 garras independientes.
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Elementos para la sujeción de piezas A estos elementos: mesa, mordaza o plato, también se les denomina «órgano portapiezas».
Utillaje específico Hasta no hace mucho tiempo, y en algunos sectores todavía, se reconocía a este tipo de utillaje como al verdadero y único utillaje. Actualmente esto ya no es así. Las características de este tipo de utillaje son: z diseñado y fabricado para la sujeción de una o varias piezas específicas, lo que limita su funcionalidad a esa/s pieza/s, o muy similares si dispone de elementos de regulación,
En la imagen podemos observar un despiece general de un plato universal. Los elementos encargados de la sujeción de la pieza son las garras, que se ajustan mediante la acción de la rosca frontal accionada por el movimiento del piñón en su engranaje con la corona. corona
cuerpo del plato
z generalmente mantiene su precisión durante largos períodos de uso, z incorpora en pocos elementos muchas funciones de amarre, z permite la incorporación de muchos elementos estándar y modulares (bridas, soportes...), z suelen ser rentables para las series medias-altas.
garra blanda
tapa
garra reversible
rosca frontal piñón
garra base
De esta forma se consigue el centraje correcto, el apoyo adecuado y el apriete repartido. Este apriete repartido cumple con el objetivo de no deformar la pieza en el amarre. Cuando el plato es de garras individuales, el planteamiento es distinto, puesto que cada garra permite una fuerza de apriete distinta, siendo necesaria más atención para no provocar deformaciones. Una solución a este problema es la regulación controlada del apriete.
Tipos de utillajes Como planteamiento general podemos establecer la clasificación de los utillajes en: z utillaje específico, z utillaje modular: − elementos modulares − elementos comerciales estándar.
Cortesía de Demmeler Maschinenbau GmbH.
Utillaje modular Podemos distinguir dos tipos de utillajes modulares: z los formados por elementos modulares propiamente dichos, z los que utilizan elementos comerciales estándar, definidos según normas establecidas. Los formados por elementos modulares, se montan con diferentes elementos suministrados por los fabricantes. Sus características más importantes son:
para amarre por interior de la pieza
Formas de sujeción de piezas en un plato universal de 3 garras.
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Elementos para utillajes modulares OML – DTC Tecnología.
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Elementos para la sujeción de piezas z Máxima flexibilidad y reutilizable: un montaje sólo servirá para un tipo de piezas. No obstante, puede desmontarse y volverse a montar para otra pieza diferente, de manera que se pueden ir configurando diversos utillajes para piezas distintas. Esto representa una importante reducción de costes de inventario con el consiguiente ahorro de espacio de almacén, de fabricación y de mano de obra. z Precisión: los elementos que se utilizan para formar el utillaje están fabricados con gran precisión, lo que nos facilita el establecimiento de los factores de tolerancia, aunque son convenientes reajustes periódicos por el uso. z Repetibilidad: permite su desensamblaje y nuevo ensamblaje de manera rápida, segura y con idéntica precisión. z Duración: larga duración de los elementos modulares.
Bloque 2. Criterios para el diseño de utillajes Introducción A la hora de plantearnos el diseño de montajes y utillajes se requiere iniciativa e imaginación, así como conocimientos tecnológicos y prácticos del mecanizado, lo que supone una evaluación de todos factores que pueden influir en su configuración, que generalmente son: z relaciones de tolerancia geométrica entre caras a mecanizar o que ya han sido mecanizadas (premecanizados), z forma y propiedades de la pieza (rigidez general, paredes, dureza, etc.), z tamaño y propiedades de las caras de posicionamiento, de amarre y de soporte (tipo, rugosidad superficial, etc.), z forma y tamaño de los elementos disponibles para posicionar, amarrar y soportar, z direcciones del mecanizado, z valor de las fuerzas y direcciones (de corte o peso de la pieza), z tendencia a vibraciones durante el mecanizado.
Detalle mesa de malla de agujeros. Demmeler Maschinenbau GmbH.
Dentro de los sistemas modulares existen tres tipos diferentes: z con ranuras en T, z de malla de agujeros: − agujero liso, − agujero roscado. z mixtos: distintas combinaciones de los dos anteriores. Actualmente los más utilizados son los de malla de agujeros en sus dos versiones y los mixtos. Cortesía de Amfo.
Relaciones de tolerancia geométrica Entendemos como tolerancia la representación del tipo y alcance de la desviación admisible a partir de una relación geométrica (desplazamiento rectilíneo y rotación). Conocemos diversos tipos: paralelismo, perpendicularidad, etc.
Conjunto de elementos que forman un sistema D28. Demmeler Maschinenbau GmbH.
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Por tanto, la comparación de los diferentes tipos sólo es posible cuando éstas son transformadas en un parámetro distinto conocido como «factor de tolerancia». Este factor es el resultado de dividir el valor de la tolerancia entre la longitud seleccionada, dependiendo esta última del tipo de tolerancia y dimensiones del elemento.
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3
Elementos para la sujeción de piezas Así pues, las relaciones de tolerancia geométrica las podemos clasificar en: R3
z relacionada a un solo elemento (superficie, agujero, eje, etc.):
R1
Depende únicamente de la estabilidad mecánica del sistema y de la precisión del corte. R2
z relación geométrica entre dos elementos: Cuando intervienen dos o más elementos y existe una relación entre ellos, es aconsejable su mecanizado en la misma atada. Si no es posible, primero debe mecanizarse el elemento de referencia de la relación para que sirva de referente para el posicionamiento del segundo, por lo que se requiere mayor precisión de la solicitada por la tolerancia estipulada. Ello nos conduce a establecer que los planos de posicionamiento deben ser los que contengan las relaciones de tolerancia más restrictivas. Empleando este método se consigue asegurar las tolerancias durante el mecanizado.
Superficies de apoyo, de partida y de referencia Las superficies generadas en las máquinas herramientas, tal como estipulamos en cuanto a dimensiones y acabados superficiales, resultan de la combinación de los movimientos de corte y de avance -siempre que el estado de la máquina y de la herramienta sean los adecuados-, en cuanto a las tolerancias geométricas tenemos que contemplar varios factores que determinan la posición correcta de esta superficie mecanizada: z posición relativa de los órganos portapiezas y portaherramientas, por ejemplo: perpendicularidad entre la mesa y el husillo de una fresadora, z posición relativa de los distintos elementos del portapiezas, es decir, entre:
Piezas prismáticas.
Para determinar los elementos de referencia, vamos a considerar los siguientes tipos: z Piezas prismáticas: sus tres caras perpendiculares son posibles superficies de referencia (R1,R2 y R3). z Piezas de revolución: tienen como referencias el eje de revolución R1 y una superficie plana perpendicular R2 (el eje, intersección de dos planos de simetría, equivale a dos referencias): − cuando la pieza incluye un elemento de orientación radial éste constituye R3, − si existe una superficie cónica con conicidad pequeña, ésta puede utilizarse como R1, pero no como R2 ni R3 (probable desviación axial). R2
R1 Piezas de revolución.
z Piezas con dos ejes no paralelos: R1 la más importante, en este caso por corresponder el mismo eje a dos agujeros (de igual diámetro o no) separados, y R2 perpendicular a éste. R2
mesa y portapiezas ↔ portapiezas y pieza, z posición relativa de los diversos elementos del portaherramientas, entre: soporte y portaherramientas ↔ portaherramientas y herramienta.
R1
Puesto que cualquier proceso de mecanizado genera un coste, y cuanto más preciso mayor es, conviene determinar correctamente los parámetros de corte y las superficies de referencia necesarias.
Sistemas de referencias Todas las piezas que se mecanizan están definidas geométricamente por planos perpendiculares, según los casos, por ejemplo: tres planos perpendiculares X, Y, Z, a veces confundidos con los ejes, otras con tres de sus superficies.
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Piezas con ejes no paralelos.
z Piezas con dos ejes paralelos: tomaremos como más importante el R1. Una superficie perpendicular constituye R2, y un punto de la superficie de revolución definida por el segundo eje nos da R3.
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3
Elementos para la sujeción de piezas R3
Elección de las referencias
R1
La mayoría de las piezas que se mecanizan forman parte de un conjunto y eso significa que en su ubicación, forman parte, están entre o son un elemento soportado y/o un elemento soporte. Por tanto, sus superficies de contacto «funcionales» son, de entrada, las superficies de referencia (R) más adecuadas.
R2 Piezas con ejes paralelos
Superficies de referencia auxiliares Dependiendo del proceso de mecanizado, habitualmente para el desbaste completo -también denominado premecanizado- se crean superficies de referencia auxiliares (RA) o provisionales, paralelas o perpendiculares a las definitivas, que sirven para verificar tanto dimensional como geométricamente el desarrollo del proceso. Generalmente suelen tener unas décimas de sobre espesor, que desaparecerán -al igual que la superficie- durante el desarrollo del acabado. Es conveniente -siempre que se pueda- tomar una superficie de referencia auxiliar como superficie de partida para el resto de los procesos de mecanizado.
Superficies de partida
Así pues, en cada pieza caben dos posibles sistemas de referencia: el relativo a la pieza soporte contigua y el relativo a la pieza contigua soportada. Un ejemplo de ello son los utillajes que se montan alineados sobre la mesa de la máquina (1er sistema) y alojan y disponen la pieza a mecanizar en condiciones delante de la herramienta (2º sistema).
Denominamos superficies de partida (SP) a las superficies en bruto o desbastadas -auxiliares o no- que se toman como primera referencia para desarrollar uno o varios procesos de mecanizado de una pieza. Normalmente se plantean como las superficies de referencia, aplicando para su apoyo el sistema de los seis contactos puntuales: plano (3), línea (2), punto (1): z plano: SP1, superficie grande, apoyo principal en tres puntos,
verificación en máquina
z línea: SP2, superficie lateral de orientación en dos puntos, z punto: SP3, tope en un punto en sentido longitudinal. Al plantearnos un proceso de mecanizado, es conveniente -en general- pautar su ejecución siguiendo este orden: z mecanizar R1, la referencia más importante, emplazándola con relación a SP1, SP2 y SP3, z mecanizar R2, la segunda referencia, rigiéndose por R1, SP2 y SP3, z mecanizar R3, la tercera referencia, tomando como superficies de alineación las R1, R2 y SP3, z mecanizar el resto de superficies referenciadas a R1, R2, R3. También es importante, en la medida de los posible, contemplar la siguiente regla: Dos referencias (R) cualesquiera no deben ser paralelas. Tres referencias (R) -excepto casos puntuales- es el máximo a considerar en una pieza o por proceso de mecanizado.
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verificación del utillaje
La posición relativa de un sistema con relación al otro siempre se verificará, antes y después del mecanizado. Si la producción es grande, también será conveniente realizar controles periódicamente. En los esquemas anteriores observamos un ejemplo de este planteamiento: z la verificación en máquina comprende la alineación de la superficie de apoyo en toda su longitud con el eje en cualquier posición del giro,
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3
Elementos para la sujeción de piezas z la verificación del utillaje comprende: planitud, perpendicularidad, distancia al centro, distancia de centro de los agujeros, simetría de los agujeros con relación al centro de la base.
z para superficies mecanizadas, las puntas de los seis contactos son planas, con superficies que oscilan entre 10 y 100 mm2 en función del tamaño de la pieza. En los esquemas que siguen podemos ver diferentes opciones.
Referencias montaje/máquina N8
Referencias montaje/máquina
SP2
N12
R1
Referencias pieza/montaje
Referencias pieza/montaje Referencias pieza/montaje
Por tanto, elegiremos las tres referencias de mecanizado R1, R2, R3, en el primer sistema, en el segundo, o bien a la vez entre las superficies soportes y soportadas, considerando sobre todo su magnitud, su precisión y su posición.
N12
SP1
Apoyos para superficies de partida, sin mecanizar de piezas en bruto.
Apoyos En el mecanizado con utillajes el trazado de las piezas es totalmente innecesario, tanto antes de mecanizar como después o entre dos fases del mismo, exceptuando el examen de las primeras piezas en bruto o a medio mecanizar de una serie para comprobar si realmente pueden salir las piezas acabadas. N8
N12
R2
N8
N8
R1 N8
SP1
R1
Apoyos para superficies de referencia mecanizadas.
N8
SP2
N12
N8
R2
Apoyos para superficies de partida, sin mecanizar, de piezas en bruto (inferior y lateral).
Los apoyos en el utillaje colocan la pieza ante las trayectorias de corte durante el mecanizado, en una orientación constante, esto es: sin cambio de posición por la acción de las fuerzas que pueden originar su desplazamiento. Con los seis apoyos puntuales teóricos -ideales desde el punto de vista geométrico- no podríamos evitar esos cambios de posición de la pieza, ya sea por deformación o por aplastamiento del material. Para garantizar la inmovilización, los apoyos adoptan formas con pequeñas superficies de contacto dependiendo de la superficie que vayan a soportar: z para soportar superficies sin mecanizar se utilizan los de punta esférica o cónicos con punta redondeada. El efecto del peso del bloque a mecanizar y la presión del apriete producen pequeñas marcas esféricas.
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N8
R1
Apoyos para superficies de referencia mecanizadas (lateral e inferior).
Deformaciones La mayoría de las diferencias dimensionales que encontramos en las piezas que se han mecanizado, básicamente son consecuencia de:
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3
Elementos para la sujeción de piezas z Errores provocados por defectos de las máquinas, herramientas y/o utillajes: desgastes, reglaje incorrecto o errores geométricos de fabricación. z Variaciones en las posiciones entre pieza y herramienta como consecuencia de efectos mecánicos o térmicos:
z Colocar topes: la opción más adecuada. En la figura es la marcada como «correcto». z Crear adherencia: de rozamiento por presión normal a la superficie de apoyo, pero el esfuerzo necesario para ello, en la mayoría de los casos, es muy elevado.
z Exteriores: bridas que deforman las piezas, sobrecalentamiento del material durante el mecanizado, etc. z Interiores: tensiones del material, capas descontroladas.
Deformaciones mecánicas
incorrecto
Todo dispositivo destinado a inmovilizar una pieza debe mantenerla en contacto -sin deformación- con los apoyos y topes. La experiencia nos muestra tres casos generalizados que no cumplen con el planteamiento:
correcto
Este último tiene como inconvenientes: z trabajo incómodo y fatigoso para el operario, z deformaciones por compresión sobre la pieza.
z Fijación excesivamente floja: no impide el desplazamiento de la pieza por la acción del esfuerzo de corte, al peso e incluso, a veces, por fuerzas de inercia de los desplazamientos. z Fijación excesivamente fuerte: puede deteriorar superficialmente la pieza e incluso deformarla.
incorrecto
z Fijación de intensidad variable: también puede originar defectos.
correcto
Montaje para solucionar la flexión durante el mecanizado de una pieza flexible.
F F F
Existen diversas formas para obtener la inmovilización, las más utilizadas son: z Mecánicamente: amplificación de un esfuerzo manual (tornillos, levas, palancas, cuñas, etc.). z Otros medios: utilizando otras fuentes energéticas que no son manuales para realizar esta amplificación. Esto es: sistemas neumáticos, sistemas hidráulicos y sistemas magnéticos.
Deformaciones por deslizamiento
Deformación mecánica de la superficie
Cuando la pieza se desliza sobre sus apoyos, consecuentemente la superficie que se está generando también se desplaza con relación a las otras dos referencias. Para solventar este contratiempo suele utilizarse uno de los dos sistemas siguientes:
Tanto los esfuerzos de corte como los de inmovilización pueden provocar en el material de la pieza: tracciones y compresiones, flexiones y torsiones -simples, alternativas o combinadasque se materializan en deformaciones elásticas o permanentes:
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3
Elementos para la sujeción de piezas a) Las deformaciones elásticas causadas por los esfuerzos de inmovilización no alteran la generación de la superficie, pero al soltar las fijaciones y cesar las fuerzas es cuando se produce la alteración.
5
coeficiente α
b) Por el contrario, si la retención origina deformaciones permanentes, las superficies ya se mecanizan con variaciones.
4
3 0
2
4
6
8
10
sección de viruta (mm²)
6
z por alargamiento o compresión, z por flexión en voladizo.
80
Las deformaciones elásticas son calculables. Dos formas clásicas de deformaciones elásticas son:
X’
65
68600 N/mm²
Deformación por compresión (inmovilización).
Esfuerzo de corte El esfuerzo de corte básicamente depende del material que se va a mecanizar y de la sección de la viruta. En el caso de trabajar con un solo filo de corte, una aproximación a ello es:
Deformación por flexión en voladizo.
F(Newtons)= K x S siendo:
En el esfuerzo de corte se plantean tres componentes:
K= resistencia específica de corte (N/mm2). S= sección de viruta a.p (mm2). (a= ancho o avance, p= profundidad de pasada).
z componente tangencial fc: en la dirección del movimiento de corte,
La resistencia específica de corte K, es el resultado de multiplicar la resistencia a la tracción R del material arrancado, por un coeficiente α que depende de la sección de la viruta.
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z componente de avance fa: en la misma dirección que el movimiento de avance, z componente de penetración fp: en la misma dirección que la profundidad de pasada.
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3
Elementos para la sujeción de piezas
fc
F
fp fa
El control estadístico de estas componentes nos conduce a unas relaciones -aproximadas- que son: fc ≅ 0,9 F
fa ≅ 0,2 F
fp ≈ 0 - 0,4 F Y concretando, frente a problemas de: z deslizamiento: aumentaremos el coeficiente de rozamiento entre las superficies de contacto de la pieza y del utillaje y/o mesa (superficies secas), y sobre todo utilizaremos topes fijos mejor que aprietes antideslizantes. z esfuerzo de corte: reduciremos la componente perpendicular a la superficie que se mecaniza, utilizando para la herramienta un ángulo de ataque y radio de punta favorables. z sensibilidad a las deformaciones: limitaremos y controlaremos los esfuerzos (llaves dinamométricas, muelles), empleando más apoyos regulables para las piezas flexibles. Los medios de inmovilización por compresión los dispondremos contra los apoyos y topes.
El valor de fp depende del ángulo de ataque de la herramienta y del radio de punta de ésta.
Deformaciones por temperatura Sabemos que la acotación de las piezas a mecanizar y su posterior verificación se entiende en una temperatura de 20 °C. El pero del valor «de tarado» es que no siempre se puede mantener durante las operaciones de mecanizado, puesto que la energía mecánica utilizada para arrancar el material se transforma en energía calorífica desprendida en la zona de corte de la herramienta, y tanto ésta como la pieza se calientan y consecuentemente sufren dilataciones. Al no ser uniforme la variación de temperatura en toda la pieza (mayor en la zona donde se produce el arranque de material y gradualmente menor en el resto), las dimensiones generales de la pieza aumentan variando su forma geométrica.
Es importante tener en cuenta estos valores ya que en las deformaciones mecánicas se produce una desviación proporcional a la componente normal: z fresado y cepillado: según fp, z torneado: según la resultante de fc, fa y fp, z deformaciones de origen térmico: la desviación es proporcional a la componente de corte F, única que se tiene en cuenta al considerar el gasto de energía y la producción de calor. Para evitar las deformaciones mecánicas, como norma general estableceremos: z la reducción de los esfuerzos que provocan deformación, z la forma adecuada de la ejecución del mecanizado.
180
Razonamiento del fenómeno Podemos hacer una aproximación al fenómeno de la dilatación térmica de la siguiente manera: z La energía calorífica nace en la zona de corte de la herramienta y su valor varía según: el material mecanizado, la sección de la viruta, la velocidad de corte, el tiempo de mecanizado y el rozamiento herramienta-pieza. Generalmente, es equivalente a la energía mecánica absorbida. z El calor producido se difunde radialmente por la pieza, la herramienta, la viruta, el líquido refrigerante y el ambiente. z Se eleva la temperatura de la pieza en función inversa de su masa y del calor específico (kcal/kg/º) del material.
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Elementos para la sujeción de piezas z La dilatación lineal en todos los sentidos se ejerce en función de la dimensión inicial, del coeficiente de dilatación del material (λ) y del aumento de temperatura (ºC). Por tanto, la expresión matemática de la deformación térmica puede deducirse por operaciones sucesivas que contemplen: energía mecánica gastada en el corte, energía calorífica correspondiente, cantidad de calor absorbida por la pieza, aumento de temperatura de la pieza, dilatación lineal.
∆=0
Temperatura
0º
20º
z precisión, z simplificación del trabajo, z seguridad. Bajo estas premisas, analizaremos los principales requerimientos de partida del nuevo utillaje:
∆
Dimensiones
a) b) c) d) e)
Un utillaje para el mecanizado de piezas tiene que cubrir tres criterios principales:
z estado de la pieza que se va a «montar»: en bruto o a medio mecanizar, z operación de mecanizado que se ha de realizar (dimensiones y tolerancias: dimensionales y geométricas), z cantidad de piezas de la serie (posibilidad de aumento y/o repetición), z máquina herramienta y utillaje universal dedicados a la operación.
tº
Precisión
∆ = L [λ(t-20)]
La precisión de un utillaje conlleva: Materiales
Coeficiente λ
Acero
0,000012
Fundición gris
0,000011
Aluminio
0,000024
Cobre
0,000017
Bronce
0,000018
Latón
0,000019
Níquel
0,000013
Esta serie de operaciones nos puede dar una idea que el cálculo previo de la deformación por dilatación térmica es algo laborioso, incluso cuando todos los factores que intervengan sean conocidos o susceptibles de serlo, con excepción del coeficiente de transmisión térmica a la pieza, que puede tomarse entre 0,1 y 0,5, según los datos observados.
z tolerancias apropiadas, z calidad geométrica duradera, z ausencia de deformaciones.
Tolerancias apropiadas El dimensionado de las partes funcionales se calcula partiendo de las medidas de la pieza tomando como «cota nominal del utillaje» la cota ideal de la pieza, con IT del utillaje ≅ 0,1 IT de la pieza. Por ejemplo, para la pieza que vemos en el dibujo inferior, establecemos para la cota A un valor de 130+60 de distancia entre ejes.
utillaje
Disponemos básicamente de dos medios para paliar las deformaciones de origen térmico:
+60 0
N7
A
B
a) reducir la producción de calor en la punta de la herramienta disminuyendo el valor de fc, por reducción de la sección de la viruta S, o bien facilitando su deslizamiento mediante lubricación, b) disipar rápidamente el calor producido mediante líquido o sistema refrigerante, con presión y caudal adecuados. Los fluidos lubricantes y refrigerantes recomendados para las operaciones de mecanizado los podemos encontrar en la documentación técnica de sus fabricantes.
Consideraciones para la realización de los utillajes Estas consideraciones vienen a ser una síntesis de lo expuesto hasta ahora, con el objetivo de tener ya una primera visión del conjunto de aspectos planteados.
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pieza
plato
contrapeso
Si aplicamos el criterio descrito, el valor de la cota B correspondiente al utillaje en el que montaremos la pieza, deberá estar entre 130+33 y 130+27. Veamos cómo se obtiene este resultado:
181
3
Elementos para la sujeción de piezas z Los ejes de la pieza deben estar separados entre sí una distancia ideal de: (130,060 [Cota máxima dentro de tolerancia] + 130 [Cota mínima dentro de tolerancia]) / 2 = 130,030 mm.
La estabilidad y la rigidez dependen de los puntos siguientes: z forma general del montaje, z masa y dimensiones de su base, z posiciones e intensidades de los esfuerzos.
z Aplicando el factor 0,1 al IT tenemos: 60 µ x 0,1 = 6 µ, lo que aplicamos como +3 µ y -3 µ a la «cota nominal del utillaje».
Los cuerpos o bases de montaje de fundición con paredes gruesas son recomendables contra las vibraciones.
z Por tanto, si hemos calculado un valor de 130,030 mm. para dicha cota, el resultado es:
Simplificación del trabajo
Cota máxima: 130,033 mm. Cota mínima: 130,027mm. La aplicación del factor 0,1 entre las tolerancias respectivas del utillaje y de la pieza no se debe aplicar sin más, es necesario haber estudiado cada cota y después aplicarlo en los casos que esté justificado. A ello ayudará el análisis de las tolerancias de, por ejemplo, en este caso los agujeros y los acabados superficiales.
Para lograr la simplificación y la seguridad del trabajo es necesario reducir los esfuerzos manuales, los riesgos de accidentes y los tiempos de manipulación.
Si en este caso estableciéramos que los agujeros tienen unos valores de tolerancia H7, cabría determinar que el eje guía del utillaje donde se alojará la pieza debe tener una tolerancia h6, puesto que el posicionamiento y extracción de la pieza serán manuales y el seguro contra giro lo ejecuta un tornillo del utillaje. (Véanse tablas de ajustes en el Bloque 6 de este capítulo).
Calidad geométrica duradera Con el objetivo de obtener durante toda la serie piezas dentro de tolerancias y diferencias reales poco dispersas (Cpk), es necesario, entre otras cosas, evitar el desgaste de los elementos. Lo que representa emplear las calidades adecuadas de materiales en función de las prestaciones requeridas, como: piezas con rozamiento, tales como apoyos y guías, de acero para cementación 1.5732 o 15NiCr11 (también se utiliza el C16K), tratado y rectificado después, o de metal duro. (Véanse Tablas de materiales al final del Bloque 5 del capítulo 1). En los elementos sometidos a desgaste dispondremos medios de reglaje de cota (corrección). Es importante contemplar la accesibilidad, puesto que sólo deberían tener la responsabilidad de ajustarlos los especialistas, empleando para ello llaves especiales.
desahogo
Solución al problema de la formación de rebabas en un proceso de taladrado, mediante una ranura de desahogo.
1) Antes.
Es vital construir con el mayor cuidado y precisión las piezas intercambiables o regulables, puesto que pueden ser origen de errores, por ejemplo: fallo en la continuidad de una superficie, o el bloqueo de un movimiento que podría llegar a afectar a la cadena cinemática. También es necesario prevenir que el peso o las dimensiones del utillaje no perjudicarán la precisión propia de la máquina, así como posibles vibraciones causadas por desplazamientos no contrarrestados (contrapesos), etc.
2) Durante.
Ausencia de deformaciones Para no provocar deformaciones mecánicas (elásticas) es necesario no embridar en voladizo, ni calentar cada apriete con el fin de obtener un enlace pieza-utillaje rígido y exento de vibraciones.
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3) Después. FORMACIÓN DE REBABAS EN UN PROCESO DE TALADRADO.
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Elementos para la sujeción de piezas Rapidez en la fijación y desmontaje de las piezas Al inicio de la serie se destina un tiempo bastante largo (tiempo serie) al reglaje del utillaje, la pieza y el herramental, pero este tiempo se amortiza a lo largo de toda la serie, siendo pequeño para cada pieza (tiempo por pieza) si los dispositivos están bien concebidos: z acceso cómodo y sin riesgo de cogida de las extremidades del operario (manos, antebrazos, etc.), z espacios libres que faciliten la colocación y la retirada de las piezas, incluso con rebabas (expulsores, extractores), z accesorios de montaje «rápidos», z sistema de fijación simplificado (apriete único, muelles limitadores y/o de equilibrado, multiplicadores de esfuerzos mediante tornillos o leva, etc.).
Disposición del puesto de trabajo En un puesto de trabajo para la producción en serie con utillaje, habitualmente se distinguen tres estaciones: 1) mesa o pallet de servicio con las piezas «en espera», 2) puesto de trabajo (máquina/s+utillaje/s), 3) mesa o pallet de servicio con las piezas en disposición de pasar a la siguiente fase. Frecuentemente, en las grandes series además de aparatos de elevación y todos los dispositivos de seguridad y comodidad personal para el operario, también se utilizan elementos posicionadores automáticos (en el argot brazos robot).
Evacuación de las virutas El planteamiento de la evacuación de las virutas producidas durante el mecanizado, acción que en demasiadas ocasiones ha sido considerada inútil, ha provocado más de un serio contratiempo con las correspondientes pérdidas, tanto técnicas como económicas. Por tanto, es imprescindible prever en el utillaje rampas de salida y puntos de desahogo y así evitar todo riesgo de atasco, asegurando la visibilidad y la limpieza de todos los puntos de apoyo pieza-utillaje. apoyo
rampa
Taladrado.
Además de manualmente con un pincel o útil adecuado para mover las virutas, suele hacerse mediante: z Aspiración: productos ligeros (madera, materiales plásticos, composites, etc.), z Soplado: productos pesados (disponer pantallas protectoras para: seguridad del operario especialmente, limpieza del entorno de trabajo, lesiones a otros operarios, etc.), z Riego: materiales duros o tenaces (refrigerando y/o lubricando con el suficiente caudal y la presión adecuada).
Dispositivos de autocontrol Sabemos que cualquier fase se realiza a partir de las referencias R1, R2, R3 de la pieza apoyada sobre las referencias conjugadas del utillaje. Para el control automático de orientación es aconsejable el uso de las técnicas Poka-Yoke, por ejemplo: incorporando al utillaje un testigo (tope, pasador, etc.) encargado de dar fin a la última fase realizada y, a su vez, garantizar la ejecución de esta fase y la orientación correcta para la siguiente fase. También es común el uso de las asimetrías de la pieza, sobre todo en las primeras fases del mecanizado.
Instalación y reglaje del utillaje y del herramental La orientación del utillaje sobre la mesa de la máquina quedará asegurada por topes fijos, y mejor todavía por una regleta ajustada por una parte en el utillaje, y por otra, en una ranura transversal o longitudinal de la mesa. Esta orientación no es automática -aunque bastante fiable si la precisión requerida no es muy estricta- sino que requiere de la correspondiente verificación con: reloj comparador, láser, etc., y consecuentemente de los ajustes necesarios. Una vez conseguidas las alineaciones correspondientes es cuando procedemos a su fijación. El reglaje de las herramientas de cualquier operación de mecanizado en una serie -o no-, ya sea al comienzo o durante el mismo, es una operación delicada que requiere mucha atención. No podemos tomar cualquier referencia que se nos antoje y a partir de ella establecer todos los desplazamientos en los ejes correspondientes. Eso sería un grave error.
Fresado.
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Por tanto, es aconsejable para un primer reglaje -siempre que se ajuste a las referencias establecidas- referenciar sobre topes de acero cementados y rectificados, superficies de
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Elementos para la sujeción de piezas apoyo, etc. utilizando galgas de espesores, bloques patrón, etc. de medida conocida, precisa y determinada mediante contacto suave entre la herramienta y el tope.
archivo ha quedado desfasado y sustituido por la facilidad de éstos. La reproducción heliográfica cada vez se usa menos, los trazadores gráficos (plotters), impresoras y fotocopiadoras a color han desbancado este sistema.
Construcción del montaje A la hora de pensar en un utillaje y su desarrollo, no es buen criterio el buscar la estética a toda costa, sino más bien, además de la garantía de calidad, la seguridad de empleo y la economía de construcción. Más adelante, veremos una serie de elementos normalizados para la construcción de utillajes. La aplicación de estos elementos reduce simultáneamente el tiempo de construcción y el precio de coste de los utillajes.
Dibujos de utillajes Los dibujos de utillajes y montajes especiales, como los de fabricación propiamente dicha, se trazan de acuerdo con las reglas establecidas por las normas adoptadas (ISO / DIN / UNE), procurando que sean de ejecución e interpretación fáciles, económicos y formados -en lo posible- por trazos de varios colores para facilitar las premisas, como por ejemplo:
Bloque 3. Diseño de utillajes específicos Concepción y estudio Cualquier diseño de un utillaje o de un montaje especial, es la expresión de varias elecciones, hechas entre diversas posibilidades de mecanizado en serie a partir de los datos facilitados. Estas elecciones se establecen progresivamente en la primera fase del estudio con pequeños esquemas o croquis referentes a la concepción del nuevo utillaje. El siguiente paso corresponde al trazado definitivo de los planos.
av
an
negro: diseño de montaje especial; rojo: silueta de la pieza que se ha de mecanizar; azul: croquis de los accesorios que no hay que estudiar pero que se utilizarán. Los dibujos así realizados hasta no hace mucho tiempo se multiplicaban por reproducción heliográfica. En las reproducciones destacan las líneas trazadas en negro, que son las que corresponden al utillaje o montaje especial que se va a realizar, mientras que las azules aparecen muy veladas, y las rojas se ven medianamente (contrastes favorables para la lectura). Es conocida la frase: una imagen vale más que mil palabras... por lo que, en todos los casos, los dibujos son preferibles a las simples instrucciones verbales. Sin embargo, si se trata de construir un utillaje muy elemental, el operario a quien corresponda realizar el trabajo correspondiente puede tener que llevarlo a cabo siguiendo las indicaciones que se le faciliten desde la oficina de métodos en un simple croquis. Habitualmente, el tiempo de ejecución de este montaje especial se incorpora al tiempo de preparación de la fase. Actualmente con los sistemas informáticos de CAD y CAD-CAM todo el sistema de reproducción, modificación y
184
ce
Los datos que tenemos que considerar a la hora de plantear un utillaje los podemos clasificar en: z obligatorios, z opcionales (aunque aconsejables). Los datos obligatorios: z z z z
Plano/s de la pieza y la cantidad de piezas a mecanizar. Cotas y tolerancias correspondientes al mecanizado. Estado previo de la pieza. Información y/o documentación de la máquina en la que se prevé realizar el mecanizado.
Los datos opcionales: z Plano/s del subconjunto al que pertenece la pieza (si se da esta circunstancia). z Proceso de fabricación de la pieza. z Pieza muestra en su estado inicial. z Catálogos de todo tipo de elementos para utillajes.
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Elementos para la sujeción de piezas
Método a utilizar El conocido sistema: qué, quién, cuándo, cómo, aplicado a los problemas propuestos suele aclarar rápidamente el proyecto. Utilizaremos la pieza (1.000 unidades) que está representada abajo para desarrollar un ejemplo de aplicación: Fresadora con eje horizontal
R3
N7
50 15 R2
N7
N12
50
15
N12
C
Procedimiento correcto
A R1
15
80
N10
N7
Fresadora con eje vertical
B
100
Tolerancia general ± 0,1 Material: L-3192 (Aleación Al)
Estudio para el mecanizado de las superficies A, B y C.
¿Qué? (¿de qué se trata?) en la lectura del plano encontramos las respuestas:
Fresadora con eje vertical Procedimiento incorrecto
z pieza de aleación ligera con sus referencias R1, R2 y R3, mecanizadas, z fresado de una lengüeta (la parte superior y un escalón -flanco y parte inferior- referidas a las referencias): − la parte superior, cara C a 80 ±0,1 de R1, − la parte inferior, cara B a 65 ±0,1 de R1, − el flanco, cara A a 15 ±0,1 de R2. ¿Cómo? (¿Cómo concebir el utillaje de fresado por selecciones sucesivas?): para fresadora de eje horizontal o de eje vertical.
Fresadora con eje horizontal
Si trabajamos con fresas de diámetro pequeño, el número de dientes será reducido, y el avance por diente, bastante grande, aun con avance por vuelta moderado. Las distancias en las entradas y salidas de pasada, así como los pares de fuerza, son proporcionales a los diámetros de las fresas.
Posiciones relativas pieza-utillaje y utillaje-máquina
Elección: Procedimiento de mecanizado y de la máquina herramienta El procedimiento generalmente se decide en el Departamento de Métodos, aunque suele consultarse al Departamento de Fabricación. En el caso presente, la elección se plantea entre fresadora con eje vertical y fresadora con eje horizontal.
Herramienta de corte y su empleo Las superficies a mecanizar son paralelas (B y C) y perpendicular (A) a ambas. Es preciso mecanizarlas simultáneamente; por tanto, intervendrá fresado frontal y fresado de perfil. Reservaremos el fresado frontal para la superficie A, puesto que es perpendicular a B y C. Buscaremos una posición relativa pieza-utillaje favorable a la verificación en posición de trabajo de las cotas 15. De las soluciones representadas en las figuras entendemos que es más factible la de la fresadora con eje horizontal, puesto que en la fresadora con eje vertical tendríamos el eje en voladizo, aunque los espesores a cortar tampoco justificarían el montaje de una luneta de apoyo del árbol porta fresa.
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La posición relativa adoptada para herramienta-pieza requiere una posición adecuada pieza-montaje, determinada por las referencias R1, R2 y R3 ya mecanizadas.
Aprietes Básicamente son necesarios tres efectos de apriete dirigidos respectivamente hacia R1, R2 y R3, pero esta regla admite gran variedad de posibilidades, siempre asegurando que la presencia de las virutas no cree dificultades al operario en el momento de la colocación de la pieza, y sobre todo al quitarla: z en la figura a) presenta solamente dos aprietes: hacia R1 y R2, el tercero -hacia R3- es necesario porque la acción del corte se dirige hacia R3 lo que asegura el desplazamiento, z las figuras b), c) y d) presentan fijaciones con aprietes combinados sobre R1 y R2 por medio de una sola acción, z la figura b) representa una solución que conviene recordar por razón de su eficacia.
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Elementos para la sujeción de piezas
a)
En este caso -sentando que ninguno de ellos es adecuadonos decantaríamos por el que proporcione la menor flexión al árbol porta fresas.
b)
Opción definitiva Los análisis precedentes permiten la elección del conjunto, que puede expresarse por medio de un esquema técnicamente completo, complementado con unas instrucciones de utilización, si fuera preciso. c)
b
a R2
R1
d)
R3
Entre utillaje único y utillaje múltiple En lugar de mecanizar las piezas una a una, puede ser interesante en el ámbito económico agruparlas en serie o en paralelo si el utillaje, aunque más costoso, se amortiza. En las figuras siguientes se representan dos posibles utillajes múl-tiples en paralelo: ninguno de los dos casos es muy adecuado, puesto que en ninguno de ellos se garantizan los aprietes hacia las referencias R1, R2 y R3.
Al aflojar el tornillo los resortes se descomprimen, lo que produce el movimiento de las bridas (a y b) y liberan la pieza.
Considerando la importancia -bastante pequeña- de la serie (1.000 piezas), los planos y el desarrollo se establecerán partiendo del esquema definitivo presentado en la figura anterior.
Posicionamiento Previamente, antes de realizar cualquier operación de mecanizado en la pieza, es necesario colocarla en la posición correcta e inmovilizarla.
Utillaje múltiple.
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Finalizadas las operaciones de mecanizado hay que liberarla y extraerla. Al conjunto de estas acciones se le denomina -globalmente-: fijación, bloqueo, amarre, posicionado, etc.
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Elementos para la sujeción de piezas
Puntos de apoyo Los puntos de apoyo cubren tres funciones: z emplazar la pieza en posición, z impedir cualquier desplazamiento, sea por la acción de su propio peso, de los esfuerzos de corte o de los de fijación, z impedir la deformación de la pieza por las mismas causas. Sistema de bandas para superficies de referencia.
Los puntos de apoyo deben ser de un material más duro que el de la pieza, preferiblemente tratados térmicamente con el fin de conseguir mayor indeformabilidad, utilizar aceros de cementación que después de tratados tengan una dureza HRC=65 (Rockwell) o HV30=840 (Vickers).
Apoyos de contacto plano Su principal cometido es no dejar marca en las piezas, por lo que la presión máxima aconsejable es similar al valor de las cargas en uso en fabricación mecánica: z ≅ 98 N/mm2 para acero y fundición, z de 20 a 50 N/mm2 para aluminio y sus aleaciones. Sistema de topes para superficies de partida.
El posicionado o posicionamiento consiste en colocar la pieza en una posición inequívocamente definida por sus distancias a tres planos de referencia, cada dos de los cuales forman un ángulo recto. Esta operación la realiza en tres tiempos:
a
b
a) apoyamos la pieza en tres puntos por su superficie de Referencia o de Partida, b) apoyamos la pieza lateralmente en dos puntos por su superficie de Referencia o de Partida, sin alterar lo que precede, c) apoyamos la pieza longitudinalmente en un punto por su superficie de Referencia o de Partida, sin modificar los pasos anteriores. − corresponden los apoyos (o topes) planos de contacto localizado a las superficies de referencia mecanizadas (R), − corresponden apoyos (o topes) bombeados de contacto puntual antes del apriete, a las superficies de partida, en bruto (P). Los aprietes mantienen a la pieza aplicada contra sus apoyos, en posición de trabajo. La expulsión o extracción mecánica es práctica habitual en las series grandes, y/o cuando la pieza es deformable o tiene difícil salida. Es la última operación que se realiza, siempre después de las operaciones de corte. La expulsión mecánica, sea totalmente mecánica o complementada por sistemas neumáticos, hidráulicos, etc. por medio de dispositivos con desplazamientos sincronizados, sirve para evitar todo acuñamiento y reducir el tiempo de desmontaje.
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Apoyo de contacto plano para superficies de referencia: a) sin carga, b) con carga.
Es fundamental evitar las superficies de contacto grandes por su peligro de apoyos dudosos por falso paralelismo. Para cumplir mejor estas condiciones y favorecer el buen contacto de la pieza con el apoyo, la superficie útil aconsejable de éste es de 100 mm2, preferentemente circular (entre Ø11 mm y Ø12 mm) y si es posible, rectificada en su posición después de montado.
Apoyos de contacto puntual Estos apoyos contactan con las superficies de las piezas por su extremo. Cuando son sometidos a carga, van clavándose hasta que el cociente de la carga por la superficie de la huella esférica alcanza un valor próximo (<) a la resistencia al aplastamiento.
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Elementos para la sujeción de piezas
a
a
b
b
Apoyo de contacto puntual para superficies de partida: a) sin carga, b) con carga.
De esta forma se equilibra el sistema de fuerzas, pero si durante el mecanizado el esfuerzo de corte y el de fijación se unen -caso que se presenta con frecuencia- se rompe el equilibrio, provocando el aumento de la huella por aplastamiento de la pieza hasta restablecer de nuevo el equilibrio. Esto produce vibraciones a causa de la variación del apriete, con aflojamientos inoportunos de las fijaciones. Para evitarlo recomendamos:
Su condición de regulables requiere un correcto reglaje, tanto si se trata de una serie, como si se trata de piezas unitarias:
z apretar con exceso contra cada apoyo puntual con el fin de obtener una huella grande,
z para cada pieza, contra la superficie de Partida si los apoyos son esféricos.
z aflojar aproximadamente media vuelta, sin liberar el contacto,
a
Apoyo regulable: a) contacto plano (resorte), b) contacto puntual.
z para la serie, contra la superficie R1 si se trata de apoyos planos,
a
b
b
Apoyo regulable: a) contacto plano (tornillo), b) contacto puntual.
Apoyo fijo: a) contacto plano, b) contacto puntual.
z apretar de nuevo, normalmente con una presión inferior a la resistencia al aplastamiento (≈ 0,5 R).
Apoyos regulables Es habitual encontrar este tipo de apoyos tanto de contacto plano como puntual -en número limitado- como apoyos eventuales en los utillajes. En algunos casos se utilizan para sostener piezas de grandes dimensiones -generalmente no rígidas- complementando los apoyos fijos.
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Es muy conveniente realizar en condiciones este reglaje para evitar las deformaciones, vigilando los efectos mediante comparador/es adecuado/s. Cada apoyo debe avanzarse hasta que la pieza quede en posición rígida, es decir, de no deformación. Las operaciones de reglaje se inician regulando los apoyos más alejados de los apoyos fijos, así como de una y otra de las superficies en las que apoya, asegurándose de que la fijación no modifica el reglaje. Existen apoyos de vástago cilíndrico apoyado sobre un resorte, con los cuales la fijación se realiza a presión constante (la del resorte) por tornillo lateral que actúa sobre un plano inclinado del vástago. Otros apoyos disponen un vástago roscado, cuyos alojamientos -no las tuercas auxiliares para el bloqueo- se roscan con machos rectificados, para eliminar al máximo las holguras con el tornillo y evitar -en lo posible- el aflojamiento.
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Elementos para la sujeción de piezas
Aplicaciones En los esquemas podemos observar distintas aplicaciones: z Utillajes para cilindros de longitud menor que su diámetro. a) Apoyos fijos, según referencias R1 y R2. b) Apriete concéntrico (posicionado diametral) mediante garras sobre R1 y R2. c) Apoyo sobre R1 con apriete único sobre R2.
N1
d)
0
z Utillajes para cilindros de longitud mayor que su diámetro. d) Apoyo de la superficie de referencia sobre calzos en V. e) Apoyo de la superficie de referencia sobre calzos en V orientables. En este caso, al igual que en el esquema a), el grado de libertad: giro sobre el eje, queda sin bloquear, por lo que es necesario aplicar como mínimo una brida en la parte superior.
e)
z Utillajes varios. f) Utillaje en cuna, con 3 puntos de centrado para posicionar correctamente la pieza. Este tipo de utillaje se utiliza para piezas delicadas con tendencia a deformarse. g) Utillaje posicionador para pieza en bruto -fundida o forjada- con cinco puntos de apoyo:
N1
2
60º
60º
− P1 – Calzo en V para el centrado. − P2 – 3 apoyos en forma elíptica. − P3 – Apoyo cilíndrico.
R2
a)
R1
f)
R2
b) P2
g)
R1
P3
P1
R2
c)
Aprietes R1
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En un utillaje, el sistema de apriete debe mantener la pieza aplicada contra los apoyos y topes, contando con la existencia de fuerzas que la solicitan (peso, fuerzas de inercia, esfuerzos de corte), sin producir deformaciones a la pieza o al montaje superiores a las toleradas (entre 0,2 y 0,5 IT de la pieza):
189
3
Elementos para la sujeción de piezas z las deformaciones de la pieza (flexión, torsión) concretamente originan defectos de forma en las superficies mecanizadas, z las deformaciones del utillaje generan defectos de posición relativa entre los elementos de la pieza.
Apriete múltiple (pieza grande).
Fijación por apriete superior.
Comprobaciones Si cada una de las fuerzas (peso, corte, apriete) encauza la pieza contra los apoyos y topes respectivos, no es de temer ningún deslizamiento. Por tanto, las condiciones ideales se cumplen si los aprietes:
Fijación apretando en flancos.
z están dirigidos perpendicularmente hacia las superficies de apoyo y de tope (un apriete por apoyo), z tienen la misma dirección y el mismo sentido que el esfuerzo de corte, z se oponen a la caída o al balanceo de la pieza, z se ejercen sobre partes no deformables.
Simplificación Se admiten excepciones cuando, sin provocar deformaciones fuera de tolerancia, pueden simplificar el utillaje y su utilización. Veamos algunos casos: Reducción del número de aprietes: Para piezas grandes y no deformables, en vez de aprietes separados hacia los puntos de apoyo o de tope, puede disponerse un apriete simplificado o único en el cual el efecto es el de su resultante (fijación en flancos, apriete único para pieza pequeña). No obstante, es más seguro llegar a la misma simplificación, si es posible, por medio de una «brida trípode».
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Apriete único mediante brida trípode.
Eliminación de aprietes laterales: Ello es posible cuando las piezas están sujetas lateralmente o cuando las fuerzas del peso y de corte van dirigidas contra los topes laterales. Es típi-
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Elementos para la sujeción de piezas co en las piezas cilíndricas centradas diametralmente, tanto por el exterior como por el interior, siendo necesario asegurarse de que la holgura del centraje es inferior a la variación admitida.
z apriete indirecto (con anillo cónico expansible) sobre superficie cilíndrica interior (R1 y R2 garantizadas).
R2
?
Apriete único para pieza pequeña. Centraje y apriete directo sobre superficie cónica. R1
Apriete sobre partes no rígidas: Se nos presenta este problema en las piezas delgadas, con partes en voladizo, o muy debilitadas por gran cantidad de taladros. Normalmente se resuelve con la aplicación de tensores o de dispositivos auxiliares montados sobre la pieza que limiten los pares de apriete. Eliminación de retenciones laterales (topes y aprietes): Se puede aceptar cuando la resistencia de rozamiento creada por el apriete normal a R1, es superior al esfuerzo tangencial (deslizamiento), cualquiera que sea la causa de este último.
R2
Centraje y apriete indirecto por anillo cónico expansible.
Para que no se produzca el deslizamiento entre piezas con superficies de ajuste cónicas, es necesario que la conicidad sea <10% y un coeficiente de rozamiento estimado alrededor de 0,1 si las superficies son lisas. De esta forma, conseguimos un efecto adherente. Eliminación de retenciones laterales. Sujeción mediante base magnética.
En este caso, la disposición constituye un medio cómodo para situar en primera fase las piezas de contorno cualquiera, haciendo coincidir este contorno con otro igual trazado sobre la superficie del utillaje.
Tipos de apriete Los aprietes necesarios para inmovilizar las piezas en los utillajes suele considerarse -con excesiva frecuencia- un tema de poca importancia que no necesita demasiado control. Generalmente desembocan en excesivas presiones, teniendo en cuenta la imposibilidad de controlar los esfuerzos generados con el uso de las llaves comunes.
Eliminación de retenciones laterales. Sujeción mediante brida (sargento).
Centraje por cono con apriete único: Es un sistema muy utilizado para bloquear las piezas de revolución semimecanizadas: z apriete directo sobre superficie cónica (R2 no puede garantizarse),
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Apriete indirecto por muelle en expansión.
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3
Elementos para la sujeción de piezas z por expansión: la acción de un muelle intermediario -comprimido previamente- se ejerce sobre la pieza con un valor constante. El apriete puede efectuarse de varias maneras: z por empuje directo (dedos o puntos de presión) o por dispositivos de palanca (bridas), z mecánica (dispositivos neumáticos a presión conocida de 5 o 6 bar) o manualmente (tornillos y/o levas), z directamente o por medio de muelles intermediarios tarados.
Apriete por tornillo Apriete indirecto por muelle en compresión.
Para calcular el esfuerzo de apriete F utilizamos la fórmula: 2πR F = Q ------- η paso F = esfuerzo de aprieto. Q = esfuerzo tangencial sobre la llave. R = longitud útil de la llave. η = rendimiento del sistema. Generalmente, se aplica esta fórmula en los casos de apriete directo mediante tornillo de presión. Si el sistema de fijación incorpora a una brida, es necesario tener en cuenta la relación de los brazos de palanca. Es importante tener en cuenta:
Apriete directo.
Es importante y aconsejable calcular los aprietes a la hora de plantear el utillaje, aplicando un coeficiente de seguridad razonable (2 a 3), así como impedir toda posibilidad de sobrepasarlo, especialmente en las piezas frágiles y/o deformables. Para acometer la limitación de esfuerzos, utilizaremos llaves dinamométricas, y/o aplicaremos aprietes indirectos mediante la interposición de piezas elásticas que trabajan por compresión o por expansión: muelles helicoidales, arandelas elásticas arqueadas -también conocidas como Belleville- etc.:
z los extremos planos de tornillos de acero suave se agarrotan fácilmente sobre la pieza, z los extremos bombeados de tornillos de acero tratado la aplastan localmente, z debe evitarse el contacto directo del extremo del tornillo con la pieza en el caso de apriete sobre la cara mecanizada, puesto que el rozamiento puede dañar la superficie.
Apriete por leva
α
Cuña (ángulo constante).
º+
90
z por compresión: el esfuerzo de apriete es transmitido por la acción de un muelle intermediario de fuerza conocida,
192
+ 90
º
Arandelas elásticas onduladas y arqueadas.
α
α
Anillos elásticos DIN 127, 128 y DIN 7980.
Leva de espiral logarítmica (ángulo constante).
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3
paso
Elementos para la sujeción de piezas
Espirales y excéntricas En el apartado anterior se ha hecho referencia a: espirales logarítmicas, de Arquímedes y a las excéntricas, como formas que suelen adoptar los dispositivos de apriete por leva.
0
En fabricación mecánica utilizamos estas «curvas planas» para distintas y variadas opciones, pero en utillajes los casos más representativos son: Leva de espiral de Arquímedes (paso constante).
z levas para aprietes rápidos, tal como hemos referenciado, z levas para el accionamiento de los carros de máquinas herramientas con avance uniforme. Otra de las utilidades la podemos encontrar en las superficies de incidencia de herramientas circulares de «perfil constante».
0 Leva de disco excéntrico.
Espiral de Arquímedes Esta curva, considerada como polar de paso constante (crecimiento aritmético de los radios vectores), generalmente se utiliza para los perfiles de las levas de avance automático en las máquinas herramientas, aunque, como ya se ha mencionado anteriormente, por su facilidad constructiva también se usa para levas de apriete. Su construcción es sencilla y no requiere trazado previo: empleando un divisor universal y el movimiento de avance automático longitudinal de la fresadora.
Apriete por leva: eje fijo.
Apriete por leva: eje móvil.
Básicamente, las levas de apriete son cuñas giratorias en forma de espiral logarítmica de ángulo constante ≅ 6°. Aunque actualmente esta curva no es tan difícil de mecanizar con un sistema de CNC, todavía se sustituye por espirales de Arquímedes o por arcos de circunferencia en forma de discos excéntricos que proporcionan curvas de tangente variable.
T α
Las tangentes del arco de aproximación corresponden a ángulos -aproximadamente- de 12º, mientras que para el arco de apriete es conveniente no pasar de 6° para poder asegurar la irreversibilidad del sistema. La maniobra de aproximación es rápida, pero la carrera de apriete es pequeña, por ello, las levas de apriete se utilizan primordialmente después del desbaste, cuando las piezas ya empiezan a determinar sus formas y dimensiones de manera más concreta.
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N P
α = ángulo decreciente. T= tangente.
193
3
Elementos para la sujeción de piezas
Espiral logarítmica
Irreversibilidad
Es una curva polar de ángulo constante (crecimiento geométrico de los radios vectores) utilizada por ejemplo, para los perfiles de las levas de apriete y también para ángulos de incidencia de herramientas circulares de perfil constante. Al contrario que en el caso de la espiral de Arquímedes, estos perfiles se realizan según un trazado, por reproducción mecánica o mediante CNC (caso de las fresas de perfil constante).
Conocemos que cualquier apriete mecánico: tornillo, chaveta inclinada (o cuña), o leva, es un efecto de enclavamiento (por cuña) por el que se multiplica el esfuerzo a voluntad en función inversa del ángulo α.
30º
posición límite
ete
74 º
apri
90º
e º
90
Excéntrica Es una circunferencia con eje de rotación desplazado del genérico (ángulo y paso variables de cero a un máximo), ampliamente empleada como perfil de levas de apriete por su eficacia y simplicidad de ejecución. En la figura inferior las circunferencias grandes representan la excéntrica, cuyo centro O1 gira alrededor del punto O describiendo una circunferencia: O1, O2, O3, teniendo como radio la excentricidad e.
La palanca sirve para modificar puntualmente la dirección, el sentido y de manera accesoria la intensidad del esfuerzo de apriete. En los aprietes es vital garantizar que jamás darán lugar al fenómeno de reversibilidad por efecto del ángulo -que sea demasiado grande-. Distinguimos dos casos:
ϕ
O
circunferencia descrita por el centro del plato
1=
60
º
carrera normal
N’
α
reserva anterior
0 S
origen carrera e sen 30º
α
e cos 30º
final carrera
reserva posterior
α
T 40º
El ángulo polar σ que da a conocer la posición del centro O1 en la circunferencia de centro O se mide desde un origen. Para el cálculo y trazado es necesario contemplar además del diámetro de la excéntrica y la excentricidad, el ángulo polar inicial σ1 y el ángulo polar final σ2.
194
Carrera 90º
Carrera 180º
Condición de irreversibilidad α < ϕ.
z Sistemas de ángulo constante: El movimiento de reversibilidad según S es imposible si α < ϕ.
Posiciones teóricas
Origen 0º
N
Carrera 270º
z Levas de excéntrica: El movimiento de reversibilidad según S es imposible mientras el par de los esfuerzos normales, N y N’, sea inferior al par de las fuerzas de rozamiento F y F’.
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Elementos para la sujeción de piezas En la siguiente tabla relacionamos los tipos más representativos:
hélice
Utillaje
cuña espiral logarítmica
α
apri ete
F’
Plantilla de perfilado.
Copiado
Plantilla de perfilado para el palpador.
Fresado
Plantillas para reglaje de las fresas.
Mandrinado
Casquillo-guía para barra de mandrinar.
Taladrado
Casquillo-guía de broca.
Su cometido: hacer y mantener coaxiales la herramienta giratoria y el taladro que se está realizando.
Guías de taladrado
N S
N’
Cepillado
Guías para el taladrado y para el mandrinado
Curvas del mismo ángulo constante. α
Tipo de guía
F Condición de irreversibilidad.
Guiado de herramientas Las guías en los utillajes para el mecanizado aseguran el centraje o autoposicionado de las herramientas que van a mecanizar las piezas y, por tanto, la posición correcta de las superficies mecanizadas. husillo
broca
pieza
El eje del agujero que se va a realizar ya es paralelo al husillo gracias al utillaje, por tanto, será el casquillo-guía el que asegurará la coaxialidad y/o alineación del taladro con el eje de la broca. Generalmente, esta alineación suele efectuarse por alguna de las tres formas siguientes: z por encima de la pieza, z por debajo, z por ambas partes simultáneamente.
Guiado por encima Este sistema quizá sea el más usual. Es conveniente utilizarlo sólo para tolerancias de posición >0,1 mm, asegurando siempre visualmente la alineación husillo-guía antes de realizar cada taladro, aunque es mejor utilizar una mesa deslizante (de posicionado libre). Cabe destacar que las brocas de Ø<10 mm son muy flexibles y tienden a agarrotarse en los casquillos-guía si la alineación no es correcta. Ello produce un taladro de eje no rectilíneo y consecuentemente desgastes del casquillo-guía y de la herramienta. El ajuste recomendado para este sistema es: H7-h8, que permite y asegura un ligero juego entre broca y casquillo. La ventaja de este sistema reside en el correcto guiado de la broca en el punto de ataque, pero tiene el inconveniente de la posibilidad de desalineación.
Aunque sometidas a desgaste por rozamiento, éstas son elementos de precisión y suelen construirse de acero duro con un acabado superficial entre N4 y N2 según los requerimientos: z las guías de hasta 20 mm, suelen ser de acero moldeado o nitrurado, o indeformable templado, z mayores de 20 mm, de acero de cementación, z actualmente suelen obtenerse por procesos de sinterizado (metalurgia de polvos).
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Taladrado: guiado por encima.
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3
Elementos para la sujeción de piezas Guiado por debajo Este sistema está basado en la correcta colocación del utillaje bajo el husillo. Se consigue mediante un dedo de centrado que se aloja en la mesa y se introduce en un orificio escariado que existe bajo la base del utillaje: a cada uno de los agujeros que se realizan en la pieza corresponde un taladro escariado del mismo diámetro que el dedo de centrado con ajuste del tipo H7-g6.
z desmontables o móviles con pestaña, ajustado (H7-j6) en uno fijo introducido a presión en la plantilla (H7n6). Generalmente se utilizan cuando es necesario ejecutar operaciones coaxiales sucesivas de diámetros distintos como el taladrado y el escariado. La posición del casquillo-guía se determina: z axialmente, por las coordenadas inherentes a dos referencias con tolerancias estrechas (≅ 0,01). z en altura, considerando la necesidad de evacuación de las virutas generadas. El casquillo-guía debe estar lo bastante separado de la pieza (> Ø/2), o bien, mínimamente separado (≅ 0,2 mm). En el primer caso (fig. 1), las virutas se evacuan entre guía y pieza, en el segundo (fig. 2), lo hacen a través del casquilloguía.
1
2
õ∅/2
Está indicado para el taladrado en serie de placas con diversos orificios poco precisos. Aunque su principal característica es la buena alineación de los ejes, es recomendable el uso de brocas muy cortas, por tanto, poco flexibles, ya que no tienen guía en el punto de ataque, lo que determina el inconveniente del sistema.
0,2
Taladrado: guiado por debajo.
Posición del casquillo para la evacuación de virutas.
Guiado por encima y por debajo El guiado por encima y por debajo o doble guiado está indicado para los utillajes de taladrado en los que las tolerancias de posición entre ejes son estrechas < 0,03 mm. Para poder asegurar esta precisión se procede con métodos que puedan asegurar una precisión de 0,01 entre ejes como: CNC o por punteado.
Este sistema ofrece las ventajas de los dos anteriores: guía correcta en el punto de ataque y buena alineación de los ejes. Cierto es que la elaboración de un utillaje con este sistema es algo más costosa que cualquiera de los anteriores (éste sería su inconveniente reconocido).
Taladrado: guiado por encima y por debajo.
Los casquillos-guía o guías de taladrado de broca pueden ser: z fijos sin pestaña que se montan en frío con prensa (H7n6) y se emplean para taladrar orificios corrientes,
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Casquillos-guía fijos.
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Elementos para la sujeción de piezas Algunas veces, en el mandrinado con barra flotante, para evitar desmontar las herramientas ajustadas, se disponen casquillos-guías fijados en las barras de mandrinar, así, desmontando las dos tapas de los cojinetes alojados en el utillaje, es posible sacar la barra entera con las herramientas y los dos casquillos.
tapa casquillo guía
Casquillos-guía desmontables.
pieza
barra de mandrinar
utillaje
Guías de mandrinado Son casquillos, con o sin pestaña, como los ya vistos de taladrado, destinados a guiar la barra de mandrinar. Dependiendo de la máquina y del trabajo a realizar, su diámetro habitualmente oscila entre 16 y 80 mm. En los trabajos de mandrinado con barra podemos contemplar dos posibilidades básicas: z el guiado de la barra sólo se realiza por un extremo, mientras el otro se mantiene centrado en el husillo de la máquina por su cono ISO (en mandrinadoras antiguas: conos Morse y conos métricos). z guiado por dos casquillos incorporados en los extremos del utillaje, y juego entre la barra y el husillo en el sistema de acoplamiento. Debido a esta particularidad del juego entre la barra y el husillo, se le denomina acoplamiento flotante o de barra flotante.
casquillo-guía
utillaje
pieza a mecanizar
Utillaje para mandrinado con barra flotante.
Guías para el fresado y cepillado En ambos casos, se pretende la coincidencia de la directriz de corte con la de la superficie a mecanizar.
Guías de fresado Las guías de fresado orientan y posicionan el utillaje colocado en la mesa de la máquina con relación a una fresa o a un tren de fresas, mediante dos topes situados respectivamente delante y detrás del utillaje (según el movimiento de avance) y separados -habitualmente- entre 5 y 10 mm de las superficies que se van a mecanizar: z la alineación se hace por palpado, con un reloj comparador montado sobre el husillo, z los reglajes vertical y lateral se comprueban introduciendo (rozamiento suave) entre los topes y las fresas unas galgas de espesor.
barra de mandrinar husillo
e
fresa
c an
av
Utillaje para mandrinado con guía simple.
Existe la creencia que la calidad de los mandrinados realizados con barra flotante es independiente de la que posea la mandrinadora. Cierto es que pueden mejorar mucho, pero eso no es suficiente como para poder determinar que la calidad de la máquina es indiferente a ello.
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galga
guía de posicionamiento
También se puede realizar la orientación del utillaje mediante dos guías prismáticas alineadas ajustadas por deba-
197
3
Elementos para la sujeción de piezas jo de la base de éste. Estas guías deben apoyar lateralmente contra el flanco de la ranura media de la mesa, en sentido opuesto a la acción del corte. Si el apoyo no es correcto, puede producir cierta incertidumbre de posición y/o de orientación.
Guías para el cepillado Las galgas se sitúan separadas entre 5 y 10 mm de la directriz de la superficie a mecanizar y ajustadas a las dos extremidades del utillaje, lo que permite alinearlas por medio del comparador. Las herramientas se regulan por medio de otra galga introducida con rozamiento suave entre plantilla y herramienta.
Tipos de bases de utillajes Con la observación de los utillajes que habitualmente se utilizan, encontramos ciertas semejanzas entre ellos, lo que posibilita clasificarlos cómodamente y a su vez, aunque pueden sentarse algunas directrices, creemos que es muy atrevido hacerlo, ya que las distintas características de los mecanizados actuales nos demuestran que un tipo de base tipificado, por ejemplo: para un trabajo de torneado, se está utilizando perfectamente como apoyo complementario en una escuadra en T. Los utillajes que se utilizan suelen tener dimensiones compatibles con las de las mesas de las máquinas en las que se montan, así como con las de las piezas que se mecanizan en ellas. Es habitual encontrarnos con bases entre 100 y 600 mm de longitud como referencia estándar, aunque también lo es encontrarnos con utillajes de medidas mucho más grandes en las mandrinadoras, fresadoras de pórtico y cepillos puente.
Construcción de bases de utillajes Generalmente, la base del utillaje es el primer elemento -de los que se componen un utillaje- que se prepara, ya que los elementos normalizados se adquirirán o producirán posteriormente en función -entre otras razones- del material y la técnica de mecanizado a utilizar.
Bases para utillajes La base soporta el conjunto de los elementos del utillaje: apoyos y topes, elementos de fijación y expulsión, guías de herramientas o de portaherramientas, etc. Sus características son:
Tope escuadra
Base Suplemento
z Tipo: variable según la forma de la pieza que debe recibir. z Material: fundición (rigidez), acero (solidez) o aleaciones ligeras, como: de aluminio (ligereza). z Forma de obtención: moldeado, soldado o ensamblado. Placa
Escuadra
Placa inferior
Escuadra
Puente
Puente invertido (U)
Base construida mediante proceso de moldería. Caja sin fondo
Caja con tapa
Materiales Suspendido oscilante
interior
Centrado
exterior
Los materiales más comúnmente utilizados en la construcción de las bases para utillajes son: z la fundición gris, z el acero laminado soldado.
Sabemos que según los coeficientes de trabajo se determinan las dimensiones de los utillajes, con el fin de evitar vibraciones o deformaciones de cualquier tipo. Eso no significa que debamos olvidarnos de la posibilidad de utilizar aleaciones ligeras que facilitan la manipulación debido a su peso, inferior al de la fundición o al del acero.
198
Actualmente, para el mecanizado de piezas donde el esfuerzo de corte es mínimo, también nos encontramos con bases construidas en aleaciones ligeras. En la elección del material y el tipo de construcción de una base intervienen varios factores, entre otros: los plazos de que se dispone para su fabricación.
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Elementos para la sujeción de piezas suelen construirse en madera de poca calidad o de resinas muy baratas.
Base
Tope escuadra
Suplemento
En estos casos, es práctica habitual moldear «en verde» (sin secado), aunque no es lo más aconsejable, ya que para obtener una pieza sana y sin tensiones internas son necesarias muchas precauciones, entre otras: z fundición al manganeso colada en molde seco, z tratamiento de estabilización durante veinticuatro horas a 450° de la pieza obtenida.
Construcción en acero laminado soldado Base construida mediante proceso de soldadura.
Las bases de fundición son rígidas, pero pesadas aunque se mecanizan con rapidez. Las de acero soldado son más ligeras y más accesibles en cuanto que no necesitan de la fabricación de un molde, sino que se construye mediante trozos de perfiles laminados comerciales. Estas bases de acero, después de construidas, precisan de un tratamiento de estabilización para asegurar la precisión en su posterior mecanizado. Este tratamiento de estabilización, es el conocido como recocido. Normalmente se aplica a los aceros dúctiles puesto que en el momento de la contracción del cordón de soldadura, éstos permiten un «desplazamiento plástico» del metal. Un ejemplo de este tratamiento para la base que tomamos de ejemplo sería: calentar homogéneamente (en horno) hasta 620° en 6 horas y mantener esta temperatura durante 2 o 3 horas, según los espesores, para después enfriar (en horno). La duración aproximada del tratamiento completo se aproximaría a las 24 horas. Pasador posicionamiento Tornillo “allen”
Tope escuadra
Ya se ha comentado que entre los factores que se manejaban para la determinación del material y el tipo de construcción de una base de utillaje estaba el tiempo. Utilizando los productos laminados -perfiles y chapasdisponibles, de los cuales se cortan los trozos necesarios según las indicaciones del plano, se gana tiempo. En el mismo plano o acompañándolo, se encuentra un esquema de la construcción soldada con las indicaciones necesarias. Las fases principales de esta construcción son las siguientes: z cortado de los elementos necesarios por el sistema que menos altere las características del material, z preparación mediante mecanizado de las superficies de unión y chaflanes necesarios para la soldadura, z soldado por el proceso seleccionado (generalmente arco eléctrico), z estabilizado de la construcción soldada.
Construcción por montaje Con este sistema se construyen bases de utillajes complicados y de alta precisión, montando en el elemento principal (base o escuadra) los diversos elementos necesarios tales como: bandas, tacos, soportes de guiado, etc., totalmente mecanizados antes del montaje definitivo, mediante las operaciones siguientes: z mecanizado completo de la base y elementos, z ajuste y montaje «en blanco» reglando las SR y guías, z taladrado de los orificios para los pasadores de posicionamiento, también conocidos como «fijas», z desmontar, contra taladrar, montaje de los pasadores de posición, montaje del resto de elementos y verificar.
Suplemento
Base
Base construida mediante proceso de montaje.
Transporte, manipulación y fijación El transporte y manipulación de los utillajes pesados se realizan fácilmente y sin peligro gracias a orificios, ganchos o anillos especialmente previstos para pasar las barras o las eslingas situados por encima del centro de gravedad del conjunto.
Construcción en fundición gris
Algunos utillajes pesados, que deben poder girar en cada puesta en posición de una pieza, se construyen articulados sobre ejes alineados con el centro de gravedad de la masa móvil.
A partir del plano del utillaje, es preciso realizar el modelo y las cajas de machos, para obtener finalmente el molde en arena. El modelo y las cajas que se van a utilizar una sola vez,
El posicionado de orientación sobre la mesa se logra mediante guías prismáticas alineadas, habitualmente haciendo tope en el interior de una ranura.
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199
3
Elementos para la sujeción de piezas Para garantizar esta alineación se ajustan las desviaciones mediante el palpado de las SR utillaje/pieza con un comparador solidario a la columna de la máquina, eje portaherramientas, etc. confirmando la posición con galgas. El anclaje sobre la mesa, o sobre el plato, generalmente es mediante embridado, del mismo tipo que el destinado a la sujeción de las piezas unitarias, es decir, por medios normales: bulones, tuercas, bridas, arandelas, etc. Por lo tanto, es importante concebir las bases de utillajes con suficientes orificios de paso, resaltes, etc.
Sobre torneador liso Tal como ya se ha explicado, la pieza ha sido torneada previamente a Ø50 H7, por lo que la montamos forzada con prensa en el torneador, que es de acero aleado, tratado y rectificado a Ø50 p6. Un tercio de su longitud se destina a la «entrada cónica» (conicidad 0,06%) para facilitar la introducción del casquillo al montarlo sobre la parte cilíndrica del torneador con ajuste fuerte. Este sistema presenta como ventajas: la sencillez de forma y construcción y su capacidad para piezas largas.
+42 +26
N4
∅50
Cono 1:1500
2/3 L
1/3 L L
Montaje sobre torneador (mandril) liso: H7, p6.
Por el contrario, como inconvenientes es necesario contemplar:
1,5 x D Conjunto embridado: bulón roscado, brida universal, arandela, tuerca.
z Variación en el posicionamiento de R2, consecuencia de la tolerancia (H7) admitida en el agujero. La pieza queda colocada más o menos lejos, lo que imposibilita limitar el desplazamiento del carro para trabajar en serie. z Dificultades para el desmontaje, lo que además produce aumento del tiempo no productivo en una serie. z Deterioros en la pieza. La pieza soporta tensiones irregulares, por lo que después de desmontada existe peligro de deformación, dependiendo de su diámetro interior y de su rigidez.
Utillajes expansibles
Sobre mandril cilíndrico con apriete
Consideramos utillajes expansibles de acabado a los dispositivos de dimensión variable capaces de tener la pieza en disposición para su mecanizado, por adherencia de una parte «dilatable». El sistema de expansión se aplica principalmente para la fijación de elementos con alguna superficie de revolución -exterior o interior- mecanizada o semimecanizada. Cuando están destinados a piezas con superficies de revolución en bruto, aunque los principios son los mismos, las tolerancias y rugosidades que se aplican son acordes a ellas.
La pieza torneada interiormente a Ø50 H7 se coloca en el mandril de acero mecanizado a Ø50 g6 y apoyada contra el escalón refrentado de Ø73 mm. Las ventajas que presenta este sistema son:
N4
∅75
z sencillez, z rapidez, z aseguramiento de la posición de R2.
Se presentan tres utillajes aptos para ello, pero solamente uno de ellos es recomendable sin reservas siempre que el Ø interior sea > 20 mm.
200
∅50 g6
Se trata de colocar sobre un torneador entre puntos un casquillo en el que se necesita mecanizar el diámetro exterior (Ø 75 mm), al que ya se han mecanizado previamente las referencias R1 (Ø interior) y R2 (una cara frontal).
∅73
Veamos algunos ejemplos para un supuesto:
N4
Montaje sobre mandril (torneador) cilíndrico con apriete: H7, g6.
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Elementos para la sujeción de piezas Los inconvenientes a contemplar:
Generalmente se clasifican en función de la forma en que ejecutan la fijación:
z Peligro de excentricidad. El juego de montaje H7-g6 puede generar una excentricidad a veces intolerable, por lo que es necesario reducir y regularizar el juego al valor más pequeño posible (2 o 3 µ), acabando el torneado interior de la pieza mediante una herramienta adecuada. z Necesidad de un gran esfuerzo en el apriete.
1) por expansión: piezas en las que se precisa mecanizar un diámetro exterior, a partir de R1 en un diámetro interior. 2) por compresión: piezas que tienen que sujetarse por su diámetro exterior. Es el ejemplo típico de sujeción de las fresas de mango, o de las barras -alimentación automática- en tornos automáticos y revólver.
La adherencia se obtiene solamente por el apriete contra la cara frontal R2, por tanto, es necesario un dispositivo robusto. z Marcas producidas por el apriete en la cara frontal paralela a R2.
Sobre mandril expansible La pieza torneada en su superficie interior a Ø50 H7 se coloca sobre una pinza de expansión haciendo tope frontal contra el ensanchamiento del cuerpo del mandril de acero (R2). Las ventajas de este sistema son: z z z z
buen posicionamiento longitudinal de la pieza, correcta concentricidad, buena adherencia, ausencia de marcas de apriete.
Los inconvenientes a contemplar: z requerimientos de precisión más estrictos, z limitación de aplicación: Ø interior > 20 mm. 10 º
N4
En su forma constructiva existen algunas características que las identifican: z juego mínimo de 0,05 en el diámetro de la parte cilíndrica en contacto con la referencia R1 (exterior o interior), z la parte cónica que contacta con el cuerpo del torneador tiene 10° de inclinación para evitar el enclavamiento. Cuando por necesidad de fabricación se reduce la inclinación a 6º se produce el enclavamiento, siendo necesario prever un dispositivo de extracción de la pinza, z tres o cinco ranuras para desarrollar la elasticidad (una de ellas totalmente abierta) variando en función del diámetro de la pinza: 3 ranuras hasta Ø32 y 5 a partir de este diámetro. Para dispositivos muy grandes (Ø>100) preferentemente se construyen en tres segmentos, unidos mediante dos anillos abiertos de «cuerda de piano» (alambre de acero elástico) colocados en dos ranuras circulares dispuestas para ello en la pinza.
N4
Montaje sobre mandril expansible.
Vistos los tres sistemas, cabe concluir que éste es el más adecuado siempre que el Ø interior sea > 20 mm.
Dispositivos con pinzas
Las pinzas para fijación de piezas mecanizadas o semimecanizadas son elásticas, con una correcta geometría y esmerado acabado superficial, construidas bajo estrechas tolerancias, como: coaxialidad 0,02 mm.
muelle
Fijación de una pieza larga -para su mecanizado entre puntos- en un torneador con doble cono de expansión (Fijación interior).
D
ranura de arrastre
R2
Pinzas
1)
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2)
anillos elásticos
En todo dispositivo de pinza expansible (tanto de efecto externo como interno) se requieren ciertas aptitudes, tales como: precisión, eficacia del apriete y comodidad.
201
3
Elementos para la sujeción de piezas La precisión se manifiesta por la coaxialidad del conjunto utillaje/pieza, que depende de la calidad de los diversos elementos que lo componen. Atención a las referencias R1 y R2.
pata articulada tirante de apriete
R2
La eficacia del apriete está ligada a los N.m necesarios del par de arrastre: F x r. (F = esfuerzo de corte, r = radio de la pieza que se mecaniza.)
Utillaje especial para el mecanizado de una brida en bruto. Sujeción mediante tres patas articuladas a 120º (Fijación concéntrica).
Fijación de un rodillo por su diámetro interior, en un torneador con casquillo de expansión (Fijación interior).
La comodidad es óptima puesto que la pieza puede montarse y desmontarse rápidamente sin mover el cuerpo del utillaje ni algunos de sus elementos. Las figuras siguientes muestran diversos utillajes que utilizan pinzas expansibles para la sujeción de piezas, así como dos utillajes especiales -que no utilizan pinza- para la fijación de piezas en bruto.
Utillaje especial para el mecanizado de un pistón. Sujeción mediante dos grupos de patas (A y B) montados a 120º. Referenciado de R2 por los topes frontales (D) (Fijación concéntrica).
tuerca de apriete
R2
Esquemas de fijaciones pinza
Utillaje para torneado interior al aire (Fijación sobre eje).
Sería muy presuntuoso -por nuestra parte- pretender mostar el sinfín de esquemas de fijación de los distintos tipos de utillajes que nos podemos encontrar hoy en la industria, a sabiendas que mañana se habrán generado otra multitud de ellos. Por tanto, en los siguientes esquemas se muestran algunos -quizá no sean ni representativos- para poder tomar algunas ideas.
pinza
tuerca de apriete
R2
Utillaje para torneado exterior al aire (Fijación sobre eje).
202
Apriete por tornillo de accionamiento superior, con dos balancines.
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3
Elementos para la sujeción de piezas
Apriete vertical de cuádruple efecto.
sentido de apriete
Brida con apoyo oblicuo.
regulación
tope
Apriete manual rápido por palanca y biela doble. Sistema de doble acción.
Bloque 4. Diseño de utillajes modulares Introducción Apriete doble en balancín.
El contenido de ésta puede ser exactamente igual al que encontramos en la introducción del Bloque 2: Criterios para el diseño de utillajes. Por tanto no lo vamos a repetir, lo único que añadiremos es la pauta a seguir para diseñar un utillaje modular mediante el esquema de la página siguiente.
Determinación de atadas Brida lateral con tornillo intermedio.
Es deseable que todos los elementos a mecanizar en una pieza lo sean en la misma atada, para poder asegurar mejores precisiones, a la vez que el coste sería menor. Pero esto no siempre es posible, ya que intervienen factores técnicos y económicos que lo dificultan. Para saber cuál es la cantidad mínima de atadas necesarias, hay que estimar las direcciones de los mecanizados que se van a ejecutar y la configuración de la máquina herramienta.
Brida lateral articulada.
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Conociendo las direcciones de mecanizado y la configuración de la máquina herramienta, si las comparamos obtendremos las atadas que se necesitan para mecanizar la pieza, contemplando, a su vez, las relaciones de tolerancia (Bloque 2 de
203
3
Elementos para la sujeción de piezas
Recepción del modelo (plano) de la pieza Descripción referenciada a los elementos de forma, tolerancias y relaciones de tolerancia.
Determinación de la cantidad de atadas Contemplando las posibilidades de mecanizado de las máquinas y de las relaciones de tolerancia.
Estudio y concepción
Posicionamientos
Amarres
Selección de la configuración de los posicionamientos.
Estudio y selección de las zonas de amarre.
Soportes Estudio y selección de las zonas en las que se puedan ocasionar deformaciones y/o vibraciones.
Diseño del utillaje Selección de los elementos modulares adecuados que cumplan con los requerimientos establecidos en el estudio y concepción.
este capítulo) para mecanizar en la misma atada los elementos que estén relacionados por algún tipo de ellas. Puesto que en una pieza -generalmente- se pueden dar muchas relaciones de tolerancia entre distintos elementos, que además esas relaciones de tolerancia pueden ser de distinta índole: paralelismo, perpendicularidad, concentricidad, etc. es importante determinar y distinguir, entre todas ellas, cuáles son las más críticas y cuáles serán las más difíciles de obtener sin errores durante el mecanizado. Nos será de gran ayuda el definir y calcular el factor de tolerancia.
Factores técnicos y económicos en la determinación de las atadas Así de pronto, la solución para mecanizar una pieza con el menor número de atadas posible sería elegir una máquina con el suficiente número de ejes. En el coste de la pieza hay que incluir el del utillaje, así como el tiempo de máquina y de operario necesarios para preparar el trabajo. No obstante, reducir el número de atadas puede obligar a utilizar una máquina más sofisticada, por tanto más cara, o -como suele suceder habitualmente- que la máquina idónea esté ocupada con otros trabajos.
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Así pues, cuando se necesita más de una atada, es imprescindible la selección de los elementos que se van a mecanizar en cada una, puesto que está influenciada por las relaciones de tolerancia entre ellos. Los elementos mecanizados en la misma atada mantienen entre sí una mejor relación de tolerancia que aquellos que lo han sido en atadas distintas. La precisión de posicionamiento que debe alcanzarse con el utillaje viene determinada por las tolerancias de las relaciones geométricas entre elementos que se van a mecanizar en diferentes atadas. Por lo tanto, estos elementos de referencia deberán utilizarse para realizar el posicionamiento en el utillaje.
Direcciones de mecanizado Son las que según las cuales se tiene que acercar la herramienta de corte para mecanizar los elementos geométricos de la pieza. Cada elemento tiene su dirección de mecanizado, que puede ser más de una cuando algunos elementos pueden mecanizarse de más de una forma. Con la elección de la forma de mecanizado, queda determinada la dirección.
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Elementos para la sujeción de piezas
Determinados elementos, como algunos agujeros pasantes, pueden mecanizarse desde ambos lados. En este caso, se tomará como dirección de mecanizado aquella que proporcione mayores facilidades para el mecanizado: generalmente la que sea paralela a las direcciones de mecanizado de otros elementos.
Configuración de la máquina Cada tipo de máquina, y en particular cada una de ellas, puede mecanizar en un determinado número de ejes según su forma constructiva. Durante los procesos de mecanizado, la máquina trasladará -herramienta o pieza- a lo largo de esos ejes, ya sea con desplazamientos rectilíneos o girando alrededor de ellos la herramienta de corte situada en el cabezal.
Estudio y concepción En las fases del estudio y concepción se establece una definición funcional del utillaje: en qué partes de la pieza se colocarán los posicionadores, amarres y soportes del utillaje. Con ello ya podemos concebir el primer esbozo del utillaje. Posteriormente, utilizando los elementos modulares disponibles se diseñará el utillaje físico de forma que cumpla las funcionalidades definidas en el estudio. El esbozo del utillaje, generalmente, se compone de tres tipos de elementos o funcionalidades: z posicionadores, z amarres, z soportes, y para definirlo hay que determinar, por este orden: 1. 2. 3. 4.
Para mecanizar un elemento de la pieza, se utilizan los medios de los que dispone la máquina para orientar la herramienta según la dirección de mecanizado y trasladarla a lo largo de ésta. Cuando uno de los ejes es una rotación ya que la mesa es giratoria, se pueden mecanizar todas aquellas direcciones que estén contenidas en el plano de giro.
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los planos o configuración de posicionamiento, colocación de los posicionadores, los puntos de amarre, los puntos de soporte.
Posicionadores La misión de los posicionadores es que la pieza quede correctamente colocada en una posición concreta del pallet y perfectamente alineada respecto a los ejes de la máquina. Además, generalmente también sirven para regular la altura adecuada de la pieza sobre el pallet para el mecanizado.
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Elementos para la sujeción de piezas Para representar un posicionador se emplea una flecha con la punta llena, distinguiendo: z Posicionador para superficie mecanizada.
En este apartado, además de la ondulación en la cola, se aprecia un símbolo distintivo en el amarre sobre superficie en bruto y contacto estriado. Es precisamente eso, el distintivo del tipo de contacto con la superficie. Veamos algunos ejemplos:
z Posicionador para superficie en bruto. z Posicionador en V para cilindros. De placa.
Estriado.
Puntual (Convexo).
Espaciado (con claros).
Cóncavo.
De balancín (Compensado).
En V.
Punto fijo.
Cuando estos posicionadores puedan verse como un punto -saliendo o entrando- en el plano, utilizaremos como referencia:
Posicionador saliente.
Posicionador entrante.
Amarres
Punto giratorio.
Al igual que en los utillajes específicos, los amarres tienen por objeto que la pieza quede fija -en este caso en el pallety no se mueva debido a los esfuerzos de corte.
Soportes
Para representar un amarre se emplea una flecha con la punta llena y una ondulación en la cola, distinguiendo:
Los soportes tienen por función evitar que la pieza se deforme durante el proceso de mecanizado, dando lugar a defectos de forma o acabado. Las causas de estas deformaciones ya las vimos en el Bloque 2 de este capítulo.
z Amarre sobre superficie mecanizada. z Amarre sobre superficie en bruto.
z Soporte para una superficie mecanizada.
z Amarre sobre supericie en bruto y contacto estriado.
z Soporte para una superficie en bruto.
z Amarre en V para cilindros. Aunque no es habitual, cuando estos amarres puedan verse como un punto -saliendo o entrando- en el plano, utilizaremos la misma simbología que para los posicionadores:
Amarre saliente.
Amarre entrante.
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Para representar un soporte se emplea una flecha con la punta vacía, distinguiendo:
z Soporte en V para cilindros. Cuando estos soportes puedan verse como un punto -saliendo o entrando- en el plano, se utilizará la misma simbología que para los posicionadores y amarres.
Configuración del posicionamiento Ya sabemos que una pieza en el espacio tiene seis grados de libertad, por tanto, hay que colocar los posicionadores de manera y en cantidad suficiente que la pieza quede fija en el espacio. Para determinar los puntos de posicionado de las piezas prismáticas, generalmente se sigue el método de los planos 3-2-1 (Bloque 1 de este capítulo), y en algunos casos dispondremos de agujeros y/o resaltes -cilíndricos o no- que nos permitirán diferentes configuraciones.
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Elementos para la sujeción de piezas
Determinación de los planos 3-2-1 Para determinar los planos, es conveniente contemplar estas reglas comunes a todos ellos: a) A menos que sea imprescindible, en el plano no deberá realizarse ninguna operación de mecanizado. Es preferible que las caras de la pieza que se van a colocar en posicionadores o bloques en V no tengan que ser mecanizadas, especialmente la que estará apoyada sobre la placa base. Todo ello son obstáculos para realizar las operaciones de mecanizado, interfiriendo en la trayectoria de la herramienta y/o incapacitando su acceso. b) Es adecuado que se haya mecanizado antes (al menos alguna parte). Cuando la calidad superficial es mayor nos proporciona mayor precisión en la colocación de la pieza. Sabiendo que el objetivo de los posicionadores es que la pieza a mecanizar esté colocada en una posición determinada y con una orientación concreta respecto al sistema de coordenadas de la máquina, si en los puntos en los que se va a apoyar la pieza, ésta presenta deficiencias o baja calidad superficial, el posicionamiento será impreciso.
Este plano determina la alineación de la pieza según dos ejes. Para su determinación aconsejamos: a) Considerando un prisma imaginario en el que en su interior se encuentra la pieza a mecanizar, es recomendable como plano 3 aquella cara del prisma que tenga mayor superficie. Un prisma imaginario (cubo o paralelepípedo circunscrito) que rodea la pieza da una idea de la envergadura de ésta y de las superficies de sus caras, consiguiendo gran estabilidad cuanto más grandes sean las caras, así los apoyos podrán situarse en puntos más alejados entre sí. b) Si se da el caso de un elemento geométrico que tenga una relación de tolerancia respecto a otro, que afecte a dos ejes como: relación de paralelismo, es conveniente elegir la cara en la que se encuentre dicho elemento. Las relaciones de tolerancia más restrictivas se dan cuando afectan a dos ejes, por lo que es conveniente utilizar el elemento de referencia para establecer la referencia física cuando se mecanice el elemento referido a él.
c) Debe ser opuesto a los esfuerzos de corte más importantes. Para que la pieza quede estable en el utillaje, los apoyos tienen que contrarrestar los esfuerzos de corte y las fuerzas que actúen sobre ella durante el mecanizado. Por ello, los posicionadores deben estar en sitios opuestos a donde se aplican las fuerzas de corte. d) Preferentemente escogeremos el que incorpore elementos geométricos más grandes: planos con mucha superficie, agujeros de gran diámetro, etc.
Rotación: eje X
Rotación: eje Y
Rotación: ejes X e Y
Las imprecisiones (rotaciones alrededor de los ejes) tienen un efecto acumulativo, lo que desemboca en mayor dificultad a la hora de mantener esta relación de tolerancia. c) Preferentemente el plano 3 debe apoyar en el soporte (placa base, escuadra o cubo).
Los grandes elementos geométricos facilitan la colocación de posicionadores en ellos. Dentro del elemento se pueden colocar en los sitios más adecuados para que faciliten la trayectoria de la herramienta, consiguiendo la solución lo más estable posible.
Resulta conveniente que la mayoría de posicionadores se monten directamente sobre el soporte (placa base, escuadra o cubo). Así, no necesitaremos formar elementos complejos para alcanzar posiciones distantes donde realizar el posicionado, facilitando de esta forma la sencillez del utillaje. A su vez, las operaciones de carga y descarga suelen ser más rápidas, sin dificultades que entorpezcan el acceso a la pieza. cara contra soporte
Determinación del plano 3 Sabemos que es el plano más importante, puesto que restringe una traslación y dos rotaciones. Es esencial que la pieza quede perfectamente alineada respecto a los ejes de la máquina, ya que con el control se pueden compensar los errores de traslación, pero no los de alineación.
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3
Elementos para la sujeción de piezas
cara contra soporte
d) Las caras que tengan agujeros mecanizados en los que pueden colocarse elementos de apoyo o sujeción son preferibles como plano 3. Muchas veces, este conjunto de reglas se convierte en contradictorio entre ellas, por tanto, quien esté diseñando deberá elegir en cada caso a cuál de ellas le concede más importancia.
En esta situación pueden producirse errores en dicho posicionamiento y/o dificultar las operaciones de carga y descarga de la pieza del utillaje.
cara contra soporte
Para evitar esto, uno de los posicionadores debería ser desplazable.
Determinación del plano 2
Sin duda, los agujeros son elementos de gran utilidad a la hora de posicionar una pieza, puesto que: − se necesitan menos planos de posicionamiento, − la solución física generada por su empleo es muy simple: al utilizar agujeros, la pieza queda sobre restringida -alguno de los seis grados de libertad está limitado por más de un posicionador a la vezpor lo que las operaciones de carga y descarga de piezas grandes suelen complicarse.
A menos que se utilice algún agujero de la pieza para el diseño del utillaje, el plano 2 se determina con la siguiente pauta: a) Debe ser perpendicular al plano 3. b) Considerando un prisma imaginario en el que en su interior se encuentra la pieza a mecanizar, es recomendable aquella cara del prisma que tenga mayor superficie. c) Preferentemente seleccionaremos aquella cara de la pieza en la que alguna característica geométrica tenga alguna relación de tolerancia. //
0,05
A
plano 3
Pieza sobre restringida Decimos que un posicionamiento está sobre restringido cuando hay más posicionadores que los estrictamente necesarios para imposibilitar los seis grados de libertad en el espacio.
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A
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3
Elementos para la sujeción de piezas Es conveniente que el elemento de referencia se utilice para establecer la referencia física cuando se mecanice el elemento referido a él, con el objetivo de minimizar el error en las relaciones de tolerancia entre elementos de la pieza. d) Si el plano 3 no apoya directamente sobre el soporte, conviene tomar la cara de la pieza que lo haga como plano 2.
Configuraciones con agujeros Para utilizar agujeros en el posicionamiento de la pieza, se requiere que éstos cumplan ciertas condiciones, tales como: z buena accesibilidad, z z z z z
buena calidad superficial, buenas tolerancias (diámetro, cilindricidad,...) ser perpendicular al plano 3, tener abertura hacia el plano 3, dimensiones suficientemente amplias para acometer su función (diámetro y profundidad).
Las configuraciones con agujeros básicamente quedan determinadas por las que vemos en el dibujo inferior:
//
z Un agujero y dos planos, por lo que necesitamos determinar los planos 3 y 1. z Dos agujeros y un plano, en la que sólo necesitamos determinar el plano 3. dos agujeros y un plano un agujero y dos planos plano 1
En el caso que los planos 3 o 2 no apoyaran directamente sobre el soporte, debe hacerlo el plano 1, lo que generará un utillaje muy complejo y complejas operaciones de carga y descarga, puesto que sería necesario llevar los posicionadores desde el soporte hasta puntos muy distantes.
Determinación del plano 1 Para la determinación de este plano, conviene contemplar: a) Debe ser perpendicular a los planos 3 y 2 simultáneamente. Sólo dos caras de la pieza pueden cumplir esta condición en la configuración 3-2-1. b) Considerando un prisma imaginario en el que en su interior se encuentra la pieza a mecanizar, la cara restante que no se haya elegido como plano 3 -de mayor superficie- debemos tomarla como plano 1. En esta configuración, las dos caras restantes tienen el mismo tamaño.
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plano 3
En ambos casos, la pauta a seguir para la determinación de dichos planos es la que ya hemos expuesto en el apartado general (anterior).
Configuraciones con cilindros Algunas piezas, siendo básicamente prismáticas, tienen uno o más elementos cilíndricos. Éstos pueden ser útiles para la realización del utillaje, empleando elementos con forma de V sobre los cuales se apoyan en dos generatrices. Los elementos en V se emplean para posicionar y sujetar la pieza. Para utilizar los cilindros deben tenerse en cuenta algunas consideraciones:
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3
Elementos para la sujeción de piezas a) Deberá haber sido mecanizado previamente.
X
Su calidad superficial afectará en la forma en que se produce el apoyo sobre el elemento en V, lo que puede alterar los requerimientos de precisión en el posicionado.
Y
b) En relación con el resto de la pieza, su tamaño debe ser importante para que sea considerado una característica relevante de la pieza.
Z
c) Su eje debe ser paralelo a alguno de los ejes principales de la pieza (X, Y o Z). Si éste adoptara una orientación cualquiera en el espacio, convertiría el diseño del utillaje en algo muy complejo, puesto que deberían orientarse los elementos en V -en el espacio- de tal manera que el cilindro apoyara en ellos. d) La mayoría de grupos de elementos normales pueden sustituir la función de posicionamiento que realizan los elementos en V. e) Dos generatrices del cilindro -una por cada lado- determinan las líneas de contacto entre el cilindro y el bloque en V. Con grandes fuerzas de corte, amarre, o peso propio se pueden producir deformaciones -en algunos casos inadmisibles- puesto que el contacto en la zona es muy pequeño: corresponde a la línea de la generatriz. Una forma -no muy real- de evitarlo es colocar V grandes. Otra -algo más convincente- son los elementos en V especiales: con forma elíptica; con ellos se consigue una mayor zona de contacto. f) Para determinar la cantidad de elementos en V y de qué tamaño se van a colocar, deben contemplarse las dimensiones del cilindro -diámetro y longitud- y del elemento en V -longitud-, así como el paso de la malla de agujeros de la placa base. Cuando la pieza disponga de más de un cilindro, debe elegirse cuál de ellos se va a apoyar sobre el o los elementos en V. Si se van a usar dos, éstos deben alinearse en el mismo cilindro o cilindros coaxiales. g) Cuando el cilindro que va a apoyar es pequeño colocaremos un solo elemento en V. Si se trata de cilindros mayores, colocaremos dos elementos en V o uno grande. Al utilizar un elemento en V grande se restringen los mismos grados de libertad que si se utilizan dos elementos en V normales. Consideramos que un cilindro es pequeño cuando: − su radio es mayor que su longitud, o − cuando su longitud es menor que la distancia entre dos agujeros contiguos de la placa base. Por tanto, un elemento en V grande es aquel cuya longitud es mayor que el radio del cilindro. h) Suelen diseñarse utillajes especiales para otros tipos de piezas -especiales- en los que se utilizan otro tipo de cilindros para realizar el posicionado. Las configuraciones con cilindros básicamente quedan determinadas por: z Un elemento en V y 4 posicionadores. z Dos elementos en V y 2 posicionadores. z Dos elementos en V y 3 posicionadores.
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P2
P3 P4
P1
V1
Un elemento en V y 4 posicionadores Con el objetivo de restringir los seis grados de libertad de la pieza, determinamos esta configuración utilizando un elemento en V y 4 posicionadores: z V1 -elemento en V- en el que apoya el cilindro, que impide dos traslaciones: en los ejes X e Y. z Posicionador P1, que junto a V1 impiden dos rotaciones: sobre los ejes Z e Y. z Posicionador P2, que junto a V1 impiden la rotación restante: sobre el eje X. z Posicionador P3 en la dirección del eje del cilindro, para impedir la traslación restante a lo largo del eje Z (del cilindro).
Determinación de los cuatro posicionadores Con una configuración de un elemento en V y tres posicionadores sería suficiente, pero añadimos otro posicionador P4, perpendicular al plano donde trabaja V1 para que la solución tenga mayor estabilidad, realizando las funciones de soporte. La posición según los ejes X e Y queda determinada por V1 y P1. Este soporte debe ser ajustable en altura puesto que de no ser así provocaremos que la pieza quede en situación sobre restringida. Por tanto, acto seguido al posicionado de la pieza ajustaremos P4 hasta que haga contacto. Aunque ya hemos hecho referencia a ello en el apartado: Determinación de los planos 3-2-1, volvemos a recordar algunas reglas -comunes- que es conveniente tener en cuenta en la determinación de los posicionadores: a) A menos que sea imprescindible, en la cara no deberá realizarse ninguna operación de mecanizado. b) Es adecuado que se haya mecanizado antes (al menos alguna parte).
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Elementos para la sujeción de piezas c) Debe ser opuesta a los esfuerzos de corte más importantes. d) Preferentemente escogeremos la que incorpore elementos geométricos más grandes: planos con mucha superficie, agujeros de gran diámetro, etc.
Determinación de los posicionadores: P1 Es muy importante determinar la colocación de V1 y del posicionador P1, puesto que entre ambos impiden dos posibles rotaciones de la pieza, fijando su alineación según dos ejes. Ni qué decir tiene que la pieza debe estar perfectamente alineada con relación a los ejes de la máquina, ya que esta última, si bien puede compensar errores de traslación en el utillaje, no puede corregir errores de alineación (rotación).
P1
P1
c) Si se da el caso de un elemento geométrico que tenga una relación de tolerancia respecto a otro, que afecte a dos ejes, por ejemplo: relación de paralelismo, es conveniente elegir la cara en la que se encuentre dicho elemento. Las relaciones de tolerancia más restrictivas se dan cuando afectan a dos ejes, por lo que es conveniente utilizar el elemento de referencia para establecer la referencia física cuando se mecanice el elemento referido a él.
Es conveniente guiarse por la siguiente pauta para la determinación de la/s cara/s de la pieza que se apoyará/n sobre V1 y P1: a) Debe ser paralela al eje del cilindro. El posicionador P1 debe ser perpendicular al eje del cilindro, para impedir el giro de la pieza alrededor del eje X -del cilindro-. Hay cuatro posibles caras en las que colocar P1.
Las imprecisiones (rotaciones alrededor de los ejes) tienen un efecto acumulativo, lo que desemboca en mayor dificultad a la hora de mantener esta relación de tolerancia.
b) Considerando un prisma imaginario en el que en su interior se encuentra la pieza a mecanizar, es recomendable aquella cara del prisma que tenga mayor superficie.
d) Preferentemente que apoye en el soporte (placa base, escuadra o cubo). e) No deben emplearse agujeros para realizar el posicionamiento.
Un prisma imaginario (cubo o paralelepípedo circunscrito) que rodea la pieza da una idea de la envergadura de ésta y de las superficies de sus caras, consiguiendo gran estabilidad cuanto más grandes sean las caras, así los apoyos podrán situarse en puntos más alejados entre sí.
Al utilizar elementos en V las piezas suelen quedar sobre restringidas -alguno de los seis grados de libertad está impedido por más de un elemento del utillaje- por lo que puede haber problemas de posicionado y/o dificultad en la carga y descarga de la pieza. Cuando para posicionar la pieza se colocan pasadores dentro de agujeros, también queda sobre restringida. Si se combinan los efectos de ambos elementos (V + agujeros), tendremos muchos problemas, puesto que la pieza quedará muy sobre restringida.
P1
P1
Determinación de P2 Puesto que restringe la tercera rotación de la pieza -eje Xsigue en importancia el segundo posicionador P2. Para su determinación es conveniente seguir las siguientes reglas:
X
a) Debe trabajar en una cara perpendicular a las caras que apoyan en V1 y P1.
Y P1 Z
P2 ?
X P1
Así pues, para mayor estabilidad, P1 debe estar lo más alejado posible de la proyección del eje del cilindro sobre el plano que contiene V1, mejorando la resistencia a los momentos de giro alrededor del eje X -del cilindro-.
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Y
P2 ?
Z
211
3
Elementos para la sujeción de piezas Si P2 no es perpendicular a las caras donde están V1 y P1, impedirá no sólo la rotación alrededor del eje X, sino también otras rotaciones y traslaciones en los ejes Z e Y, por lo que la pieza quedaría sobre restringida. Así pues, quedan dos caras posibles donde colocar P2.
z Dos elementos en V: V1 y V2 sobre los que apoya el cilindro, que impiden dos traslaciones -ejes X e Y- y dos rotaciones -en los mismos ejes-. Colocando un elemento en V grande se restringen los mismos grados de libertad que con dos normales.
b) Considerando un prisma imaginario en el que en su interior se encuentra la pieza a mecanizar, es recomendable aquella cara del prisma que tenga mayor superficie.
X Y
c) Preferentemente seleccionaremos aquella cara de la pieza en la que alguna característica geométrica tenga alguna relación de tolerancia.
Z
d) Si la cara de V1 y del posicionador P1 no apoya directamente sobre el soporte, debe tomarse aquella que lo esté.
Determinación de P3 El posicionador P3 restringe la traslación a lo largo del eje del cilindro. Para ello quedan dos posibles caras de la pieza. Por tanto, debe ser perpendicular al eje del cilindro.
V2
P2
P1
V1
z Posicionador P1 en la dirección de V1 y V2. Con ellas impide la rotación de la pieza alrededor del eje Z. z Posicionador P2 en la dirección del eje Z, que impide la última traslación a lo largo del eje del cilindro. Esta configuración está sobre restringida. Sería suficiente con un solo elemento en V en lugar de los dos para restringir los seis grados de libertad de la pieza. Por esta razón es conveniente que alguno de los posicionadores sea desplazable, para facilitar la carga y la descarga de piezas del utillaje, así como el posicionamiento con precisión. Si colocamos un posicionador más, obtendremos otra configuración: dos elementos en V y 3 posicionadores.
Si el posicionador no queda alineado al eje del cilindro, impedirá no sólo la traslación a lo largo del eje Z, sino también traslaciones en los otros ejes X e Y, por lo que la pieza quedaría sobre restringida.
Determinación de P4 Este posicionador -repetido- realiza las funciones de soporte. Su posición en los ejes X e Y queda determinada por V1 y P1. Para que la pieza no esté sobre restringida, este soporte será ajustable en altura. Después de posicionar la pieza se ajustará P4 hasta que haga contacto con ella.
Dos elementos en V y 2 posicionadores Esta configuración se forma con dos elementos en V y dos posicionadores que restringen los seis grados de libertad de la pieza.
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Determinación de los posicionadores: V1, V2 y P1 En los casos de piezas con más de un cilindro, hay que seleccionar uno que será el que se apoye sobre V1 y V2; o dos cilindros coaxiales con un elemento en V en cada uno. Las tres posibles rotaciones de la pieza se determinan en la selección de donde se colocarán V1 y V2 y el posicionador P1, determinando también su alineación. Recordamos -una vez más- que la pieza debe estar perfectamente alineada con relación a los ejes de la máquina, ya que esta última, si bien puede compensar errores de traslación en el utillaje, no puede corregir errores de alineación (rotación). Para determinar las caras seguiremos algunas reglas -ya expuestas anteriormente-: a) Debe ser paralela al eje del cilindro. b) A menos que sea imprescindible, en la cara no deberá realizarse ninguna operación de mecanizado. c) Es adecuado que se haya mecanizado antes (al menos alguna parte).
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Elementos para la sujeción de piezas d) Debe ser opuesta a los esfuerzos de corte más importantes. e) Preferentemente escogeremos la que incorpore elementos geométricos más grandes: planos con mucha superficie, agujeros de gran diámetro, etc. f) Considerando un prisma imaginario en el que en su interior se encuentra la pieza a mecanizar, es recomendable aquella cara del prisma que tenga mayor superficie. g) Si se da el caso de un elemento geométrico que tenga una relación de tolerancia respecto a otro, que afecte a dos ejes como la relación de paralelismo, es conveniente elegir la cara en la que se encuentre dicho elemento.
Dos elementos en V y 3 posicionadores En ocasiones, la geometría de la pieza afecta en la colocación idónea de los posicionadores. Si nos regimos por la posición de P1 de los casos anteriores, ahora no sería la más adecuada para compensar el momento de giro que crea el peso propio de la pieza, quedando ésta en desequilibrio. En estos casos hace falta colocar un soporte para vencer ese momento de giro y dejar la pieza en equilibrio. Así pues, la configuración de posicionamiento en este caso sería de 2 elementos en V y 3 posicionadores (2+1).
h) Preferentemente que apoye en el soporte (placa base, escuadra o cubo). i) No es recomendable el uso de agujeros para realizar el posicionamiento. X
Si se utilizaran dos cilindros no coaxiales pero coplanarios, V1 y V2 por sí solos impiden el giro de la pieza en el eje Z. Por tanto, no es necesario el posicionador P1.
Y
Determinación de P2
Z
Para la colocación de P2 que restringe la traslación a lo largo de eje del cilindro, quedan dos posibles caras de la pieza. Hay que contemplar las siguientes reglas: a) Debe ser perpendicular al eje del cilindro. b) A menos que sea imprescindible, en la cara no deberá realizarse ninguna operación de mecanizado. c) Es adecuado que se haya mecanizado antes (al menos alguna parte). X
P2 ?
Posteriormente, P3 pasaría a ser un soporte, lo que requiere de un elemento de utillaje regulable en altura. La pieza se posicionaría sobre V1, V2 y P1, ajustándose a P2 y posteriormente se ajustaría P3 hasta que hiciera contacto con ella.
Colocación de posicionadores Una vez que se han determinado los planos 3-2-1 es el momento de colocar los posicionadores en ellos. En el plano 3 normalmente se determinan cuatro puntos, tres como posicionadores y el cuarto como soporte, con el fin de proporcionar mayor estabilidad a la pieza.
Y
Z
esfuerzos de corte
desequilibrio de la pieza P2 ?
P1
d) Debe ser opuesta a los esfuerzos de corte más importantes que no hayan sido absorbidos por las caras de V1, V2 y P1. e) Preferentemente escogeremos la que incorpore elementos geométricos más grandes: planos con mucha superficie, agujeros de gran diámetro, etc.
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P1
P3
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3
Elementos para la sujeción de piezas Este cuarto elemento actúa como soporte, y tal como ya se ha especificado, debe ser regulable en altura para que se pueda retirar cuando se posicione la pieza, y una vez colocada, se desplaza hasta ocupar su posición, no quedando la pieza sobre restringida. Seguiremos la pauta para determinar dónde colocar los posicionadores dentro de los planos:
deben estar alejados entre sí y de la proyección del eje del cilindro para que resistan mejor el momento que fuerza al giro a la pieza alrededor del eje del cilindro. En el caso de los elementos en V, éstos se colocarán en los extremos del cilindro, con el fin de proporcionar mayor estabilidad.
a) Si existen relaciones de tolerancia entre elementos geométricos, es recomendable colocar los posicionadores en los elementos que sean la referencia de otros. Si resulta imposible, los colocaremos en aquellos elementos que hayan sido mecanizados en la misma atada que el de referencia. Para minimizar el error en las relaciones de tolerancia entre elementos geométricos de una pieza, el elemento de referencia debe ser la referencia física cuando se mecaniza el elemento referido. Si se hace así, el error será sólo el que produzca la máquina durante el mecanizado, sino, a este error se le sumará el existente entre el elemento de referencia y el elemento donde se colocan los posicionadores. //
0,05
γ
γ:χ +δ
d) Son preferibles las zonas de posicionamiento -elementos en V y posicionadores- que tengan en su lado opuesto una zona adecuada para disponer amarres.
A
χχ B
A
χ: error entre A y B δ: error de la máquina
b) Son adecuados los elementos que se hayan mecanizado antes.
Una forma de evitar deformaciones en la pieza es colocar amarres y posicionadores en zonas opuestas. Cuando las fuerzas de amarre no se aplican en dirección opuesta a los posicionadores, la pieza se deforma de tal manera que, dependiendo de su rigidez y del resto de las fuerzas aplicadas sobre ella -de corte y peso-, ésta puede ser inadmisible.
δ
e) Favorece en gran medida el diseño del utillaje que todos los elementos o zonas de la pieza donde van a colocarse los posicionadores estén a la misma altura.
χ
El utillaje será más sencillo si todos los posicionadores se colocan a la misma altura, ya que su montaje será el mismo. Además, las operaciones de carga y descarga serán más fáciles y cómodas. f) Debe tenerse en cuenta la situación entre sí de los planos 3, 2 y 1, o la situación entre los elementos en V y los posicionadores.
c) Para que el apoyo sea estable, los posicionadores deben estar separados entre sí el máximo posible. Si el área del polígono formado por los tres posicionadores (o los tres posicionadores y un soporte) es la máxima posible, cumple con este requerimiento. El o los posicionadores que van con lo/s elemento/s en V,
214
Así, las operaciones de carga y descarga serán sencillas y un mismo posicionador podrá realizar su función en más de un plano a la vez. Al determinar dónde se van a colocar los posicionadores es conveniente tener en cuenta cómo se va a realizar la carga y descarga de la pieza, dependiendo de cómo se eligieran las caras de la pieza en las que iban a actuar los posicionadores. A la vez -tal como vemos en el esquema- suele hacerse que un posicionador realice su función en más de un plano al tiempo.
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3
Elementos para la sujeción de piezas Ya nos hemos referido a la no-conveniencia de colocar amarres sobre elementos que van a mecanizarse, ni interfiriendo en otros elementos a mecanizar en la misma atada. Si prevemos que el amarre puede dañar la calidad superficial -por su fuerza o forma de contacto- deberemos evitar las zonas ya mecanizadas.
Elementos en V para amarre Aplicando la pauta anterior, colocaremos elementos en V para el amarre en lugares opuestos a donde se han utilizado elementos en V para el posicionamiento.
g) El centro de gravedad de la pieza debe estar en la vertical del polígono formado por: z Los posicionadores del plano 3. z En el plano 2, es preferible que el centro de gravedad de la pieza esté entre los dos posicionadores. z Los elementos en V y los posicionadores. Si la vertical del centro de gravedad no cae dentro del triángulo formado por los tres posicionadores, la pieza será inestable, lo que originará: z un posicionamiento demasiado impreciso, z necesidad de sujeción temporal mientras se colocan los amarres, z operaciones de carga y descarga más complejas e incómodas. Para los posicionadores del plano 2 es conveniente que la proyección del centro de gravedad sobre dicho plano 2 esté, de alguna forma, entre ambos posicionadores. Aunque no es estrictamente necesario, da mayor estabilidad a la pieza. Al colocar los posicionadores y los elementos en V es aconsejable tener en cuenta la distancia entre los agujeros de la placa base. La precisión que se obtiene y la sencillez de montaje es mayor con un posicionador fijo que con uno desplazable. Por tanto, conviene que la distancia sea un múltiplo del paso de la malla de agujeros del sistema de amarre modular que se esté utilizando. La placa base tiene una malla de agujeros -roscados o lisos- en los que se fijan los elementos modulares que formarán los posicionadores, amarres y soportes.
Puntos de amarre Básicamente, la pauta a seguir para determinar los puntos de amarre es: colocar un amarre opuesto a cada posicionador. Por tanto, la configuración del amarre será la misma que la de posicionamiento. No obstante, deben tenerse en cuenta ciertas consideraciones que pueden variar esta configuración, eliminando algunos amarres y/o introduciendo nuevos.
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Estos elementos en V para el amarre se unirán -directamente o por medio de bridas- y se ejercerá la fuerza de amarre mediante barras roscadas o de compensación.
Pasadores Al utilizar pasadores para el posicionado, éstos también ejercen cierto esfuerzo de amarre, puesto que impiden el movimiento de la pieza en el plano perpendicular a los agujeros donde se ubican.
Amarres con contacto estriado Varias fuerzas de amarre paralelas se pueden sustituir por su resultante. En algunos casos de dos o tres fuerzas también pueden sustituirse por una única fuerza, por ejemplo: amarre con superficie de contacto estriada, que pueden ejercer la fuerza de amarre en dos direcciones. Existen amarres que contactan con la pieza mediante una superficie estriada o dentada, aprovechando la fuerza de rozamiento para ejercer una fuerza de amarre paralela a la superficie de contacto. Es habitual en ellos que si se colocan inclinados tiendan a clavarse en la pieza si ésta intenta desplazarse, ejerciendo así una fuerza de amarre mayor. Esto permite eliminar un amarre perpendicular a éste, liberando la pieza de elementos que puedan dificultar las operaciones de mecanizado.
215
3
Elementos para la sujeción de piezas Determinada la altura a la que se deberán situar las piezas sobre el pallet, se seleccionan los elementos de conexión que llevaran los elementos anteriores hasta la base. Asimismo, se determinarán los elementos auxiliares necesarios para el montaje y ensamblado de los elementos modulares (tornillos, pasadores, muelles, arandelas...). Parte de la lógica depende del sistema modular utilizado, puesto que hay distintos y variados sistemas y posibilidades, así como del tipo de elementos auxiliares a emplear. La utilización o no de elementos de base -placas base, cubos y escuadras- depende básicamente: del numero de piezas, la configuración de la máquina, el tamaño de la pieza y la orientación del plano principal con respecto al sistema de coordenadas de la máquina. En un sistema de utillaje modular se distinguen o clasifican los siguientes tipos de elementos: La superficie de la pieza puede resultar dañada por las estrías como consecuencia de esta forma de contacto, por lo que este tipo de amarres es aconsejable aplicarlo sólo sobre superficies en bruto que todavía no han sido mecanizadas.
Puntos de soporte Es importante la colocación de soportes para evitar que la pieza se deforme durante el mecanizado. Para determinar dónde deben colocarse soportes, la pauta a seguir es la siguiente: a) Cuando se mecanicen partes débiles, tales como paredes delgadas, es esencial soportar la zona de la pieza. b) Donde la pieza sea susceptible de flexar y las fuerzas de corte sean altas, colocaremos soportes opuestos a ello.
z z z z z z
de base, de posicionamiento, de soporte, de conexión, de fijación o bridaje, auxiliares (espárragos, pasadores, tuercas, arandelas...).
Bloque 5. Elementos comerciales En las páginas siguientes presentaremos una pequeña muestra de los elementos auxiliares y accesorios que podemos encontrarnos en el mercado.
c) Si se ha colocado un amarre de forma no recomendada -en un sitio no opuesto a un posicionador- y debido a esta descolocación y una posible falta de rigidez de la pieza, ésta es susceptible de flexar, colocaremos un soporte que compense la fuerza del amarre. d) Cuando se prevea que la pieza pueda vibrar durante el mecanizado, también colocaremos un soporte. e) Para mecanizar un elemento lejano a las zonas de amarre, colocaremos un soporte en la zona opuesta a donde se realiza la operación. Hay que prestar atención a la colocación de los soportes evitando que intervengan en el posicionamiento de la pieza. De hacerlo, la posición quedaría sobre restringida causando problemas. Para evitarlo, es recomendable que los soportes sean regulables. De esta manera, cuando posicionamos la pieza podemos retirarlos, y una vez que está posicionada podemos ajustarlos hasta contactar con ella.
Sería imposible, y tampoco es nuestro objetivo, plasmar en unas cuantas hojas la inmensa cantidad de ellos que actualmente se comercializan. Aunque algo más entretenido, pero para eso están los catálogos de los fabricantes que -generalmente- suelen facilitar amablemente.
Diseño del utillaje Es la última operación que se realiza antes del montaje físico. Básicamente supone la elección y selección de los elementos modulares adecuados que satisfagan los requerimientos asignados en el estudio y concepción. Éstos serán elementos de contacto con la pieza.
216
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3
Elementos para la sujeción de piezas
Bases, escuadras y secciones b
L
90º
L
Señal para trazado
b
a
Sección en V para calzos.
a
Perfil para bases planas.
C
e
a
L
C
b
Perfil de sección en U.
a
Perfil para bases circulares.
a
L
c
c
Escuadra con nervios.
b
Perfil de sección en T.
a
L
c
c
Base de fundición. b
Perfil de sección angular.
f
c
c
a
e
d
Sección en T con nervios.
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Escuadras y bases para utillaje modular.
217
3
Elementos para la sujeción de piezas
Tornillería y arandelas
Tornillo con tuerca de regulación.
Pie macho roscado.
90º
90º
Tornillo calibrado.
l
l
Tornillo cabeza avellanada.
d
D
Tornillo de cabeza moleteada.
I1
h1 h
b
I
Tornillo de cabeza cilíndrica con hexágono interior (Allen).
d
Tuercas hexagonales.
Tornillos con cabeza hexagonal.
218
Tornillo de cuarto de vuelta.
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3
Elementos para la sujeción de piezas
Tuerca de casquete.
Tornillo de apoyo.
Tuerca moleteada.
Tuerca de cuarto de vuelta.
Pie hembra roscado.
d1
b1
d2
b1
d1
b
T roscada (tuerca). d2 d1 h
l1
l1 l
l
Tuercas almenadas. Arandela plana negra. º
h
h1
45
d1 d2
Tuerca esférica.
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Arandela plana pulida.
219
3
Elementos para la sujeción de piezas
d2
S
Arandela Grower levantada. Arandela plana abierta.
d2
b
S
d
1
A
B
Arandela Grower lisa.
Levas y excéntricas
Arandela con garganta.
Leva ranurada (horquilla). Arandela esférica.
A
A-A’
A’
Arandela giratoria abierta.
220
Excéntrica de tope.
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3
Elementos para la sujeción de piezas
Leva con mango.
Bridas
Apoyos regulables
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221
3
Elementos para la sujeción de piezas
222
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3
Elementos para la sujeción de piezas
Bloque 6. Tablas... Tolerancias (dimensionales), Ajustes y Acabados superficiales Diferencias admisibles para medidas sin tolerancia. (DIN 7168) Medidas de LONGITUD Grado de precisión
Rango de medidas nominales (mm) 0,5
3
6
30
120
315
1.000
2.000
4.000
8.000
12.000
16.000
3
6
30
120
315
1.000
2.000
4.000
8.000
12.000
16.000
20.000
Fino
±0,05
±0,05
±0,1
±0,15
±0,2
±0,3
±0,5
±0,8
Medio
±0,1
> ≤
±0,1
±0,2
±0,3
±0,5
±0,8
±1,2
±2
±3
±4
±5
±6
Basto
±0,2
±0,5
±0,8
±1,2
±2
±3
±4
±5
±6
±7
±8
Muy basto
±0,5
±0,1
±1,5
±2
±3
±4
±6
±8
±10
±12
±12
Los valores reflejados sirven para medidas longitudinales en: largo, ancho, alto, diámetro y distancias entre centros de agujeros, tanto para exterior como para interior, así como para salientes. Medidas ANGULARES Rango de medidas nominales (mm)
Grado de precisión
0
10
50
10
50
120
Fino
±1º
±30’
±20’
±10’
Medio
±1º
±30’
±20’
±10’
Basto
±1º
±30’
±20’
±10’
Muy basto
±3º
±2º
±1º
±30’
> ≤
120 Los valores de las medidas nominales corresponden a la longitud del lado más corto.
Relación de los ajustes más utilizados. Ajustes de PRECISIÓN Sistema Agujero
H6
Eje
Eje
Agujero
Tipo
Descripción
Calidad superficial Tipo
Ra(µ)
Rz(µ)
Montaje por dilatación - contracción. Prensado No necesita ningún tipo de seguro.
p5
P6
n5
N6
Montaje y desmontaje con prensa: piezas con acoplamiento fijo y sólido. Necesita seguro contra giro.
N1
0,025
1
m5
M6
Montaje y desmontaje a golpe o presión: piezas con acoplamiento fijo. Necesita seguro contra giro.
N2
0,05
1,6
Montaje y desmontaje con esfuerzo: piezas con acoplamiento fijo que no se desmonten con frecuencia. Necesita seguro contra giro y desplazamiento.
N3
0,1
2,5
Montaje y desmontaje manual suave: piezas que su montaje pueda realizarse a mano o con ayuda de maza de nylon. Necesita seguro contra giro y desplazamiento.
N4
0,2
4
Con engrase, montaje y desmontaje manual sin esfuerzo.
N5
0,4
8
Con engrase, giro y desplazamiento manual sin esfuerzo.
N6
0,8
12,5
k5
h5
K6
j5
J6
h5
H6
g5
G6
Fijo
Móvil
Ra
Es la media aritmética de todas las distancias del perfil de rugosidad respecto a la línea media, medidas a lo largo de la longitud de evaluación.
Rz
El valor Rz se define (s/DIN) como la media de las profundidades de rugosidad, detectadas en cinco zonas de evaluación continua.
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223
3
Elementos para la sujeción de piezas Ajustes FINOS Sistema Agujero
Eje
Eje
Tipo
Descripción
Calidad superficial Tipo
Ra(µ)
Rz(µ)
Montajes por dilatación - contracción. No necesitan ningún tipo de seguro.
s6 r6
S7 R7
n6
N7
Montaje y desmontaje con prensa: piezas con acoplamiento fijo y sólido. Necesita seguro contra giro.
N4
0,2
4
M7
Montaje y desmontaje a golpe o presión: piezas con acoplamiento fijo. Necesita seguro contra giro.
N5
0,4
8
Montaje y desmontaje con esfuerzo: piezas con acoplamiento fijo que no se desmonten con frecuencia. Necesita seguro contra giro y desplazamiento.
N6
0,8
12,5
N7
1,6
20
Con engrase, holgura en el giro y desplazamiento manual claramente perceptible.
N8
3,2
40
N9
6,3
63
m6 k6 H7
Agujero
K7
Prensado
Fijo
J7
Montaje y desmontaje manual suave: piezas que su montaje pueda realizarse a mano o con ayuda de maza de nylon. Necesita seguro contra giro y desplazamiento.
h6
H7
Con engrase, montaje y desmontaje manual suave: piezas que su montaje pueda realizarse a mano.
g6
G7
Con engrase, holgura en el giro y desplazamiento manual justa.
f7
F7
e8
E8
Con engrase, holgura en el giro y desplazamiento manual considerable.
D9
Con engrase, holgura en el giro y desplazamiento manual amplia.
j6
h6
d9
Móvil
Ajustes CORRIENTES Sistema Agujero
H8
Eje
Eje
h8 h9 f8 e9
h8
Agujero
Tipo
Montaje y desmontaje manual suave: piezas que su montaje y desplazamiento entre ellas pueda realizarse a mano.
H8 h9
F8 E9
Móvil
Holguras en el giro y desplazamiento manual desde claramente perceptibles hasta una sensata amplitud. Holguras en el giro y desplazamiento manual amplias.
D10
d10
Descripción
Calidad superficial Tipo
Ra(µ)
Rz(µ)
N7
1,6
20
N8
3,2
40
N9
6,3
63
Ajustes BASTOS - ORDINARIOS Sistema Agujero
H11
224
Eje h11 d11 e11 b11 a11
Eje
Agujero
h11
H11 D11 C11 B11 A11
Tipo
Móvil
Descripción
Montaje muy fácil, con grandes tolerancias y holguras en el giro y desplazamiento manual amplias.
Calidad superficial Tipo
Ra(µ)
Rz(µ)
N7
1,6
20
N8
3,2
40
N9
6,3
63
N10
12,5
100
© ITES-PARANINFO
3
Elementos para la sujeción de piezas ACABADOS SUPERFICIALES
© ITES-PARANINFO
160
N10
12,5
100
N9
6,3
63
N8
3,2
40
N7
1,6
20
N6
0,8
12,5
N5
0,4
8
N4
0,2
4
N3
0,1
2,5
N2
0,05
1,6
N1
0,025
1
Escariado
25
Rectificado
N11
Fresado
240
Torneado
50
Taladrado
N12
Algunos mecanizados representativos
Serrado
Rz(µ)
Bruñido
Ra(µ)
Limado
~
Calidad
Lapeado
Símbolo antiguo
225
226
+0,016 0,010
+0,020 +0,012
+0,024 +0,015
+0,028 +0,017
+0,009 0,000
+0,011 0,000
+0,013 0,000
+0,016 0,000
> 6 a 10
> 10 a 18
> 18 a 30
> 30 a 50 +0,060 +0,041 +0,062 +0,043 +0,073 +0,051 +0,076 +0,054 +0,088 +0,063
+0,072 +0,053 +0,078 +0,059 +0,093 +0,071 +0,101 +0,079 +0,117 +0,092
> 280 a 315
+0,032 0,000
+0,057 +0,034
+0,043 +0,020
+0,017
+0,027 +0,004
+0,004
+0,007 -0,016
-0,013
0,000 -0,023
-0,020
-0,017 -0,040
-0,035
+0,052 0,000
0,000
+0,130 +0,098
> 200 a 225
+0,202 +0,170
+0,106 +0,077
+0,050 +0,034
+0,059 +0,043
+0,151 +0,122
+0,041 +0,028
+0,048 +0,035
+0,093 +0,068
+0,034 +0,023
+0,039 +0,028
+0,133 +0,108
+0,028 +0,019
+0,032 +0,023
+0,090 +0,065
+0,023 +0,015
+0,027 +0,019
+0,125 +0,100
+0,019 +0,012
+0,022 +0,015
+0,126 +0,094
+0,046
0,000
+0,040
+0,035 0,000
r6
s6
+0,190 +0,158
-0,015
-0,032
-0,014
-0,012 -0,027
+0,030 0,000
+0,025 0,000
+0,021 0,000
+0,018 0,000
+0,015 0,000
+0,012 0,000
+0,009 0,000
H7
> 250 a 280
0,000
-0,018
0,000
0,000 -0,015
-0,010 -0,023
-0,009 -0,020
-0,007 -0,016
-0,006 -0,014
-0,005 -0,011
-0,004 -0,009
-0,003 -0,008
g5
> 225 a 250
+0,007
-0,011
+0,007
+0,006 -0,009
0,000 -0,013
0,000 -0,011
0,000 -0,009
0,000 -0,008
0,000 -0,006
0,000 -0,005
0,000 -0,005
h5
+0,113 +0,084
+0,024
+0,003
+0,021
+0,018 +0,003
+0,006 -0,007
+0,006 -0,005
+0,005 -0,004
+0,005 -0,003
+0,004 -0,002
+0,004 -0,001
+0,004 -0,001
j5
+0,169 +0,140
+0,031
0,000
+0,037
+0,015
+0,033
+0,028 +0,013
+0,015 +0,002
+0,013 +0,002
+0,011 +0,002
+0,009 +0,001
+0,007 +0,001
k5
Agujero
+0,109 +0,080
+0,051
+0,027
0,000
+0,029
+0,045
+0,038 +0,023
+0,025
+0,022 0,000
+0,024 +0,011
+0,020 0,009
+0,017 +0,008
+0,015 +0,007
+0,012 0,006
+0,009 +0,004
+0,007 +0,002
m5
Ejes
+0,159 +0,130
> 180 a 200
> 160 a 180
> 140 a 160
> 120 a 140
> 100 a 120
> 80 a 100
> 65 a 80
+0,033 +0,020
+0,013 +0,008
+0,008 0,000
>3a6
+0,019 0,000
+0,011 +0,006
+0,007 0,000
1a3
> 50 a 65
n5
Agujero
H6
Ø Nominal (mm)
AJUSTES DE PRECISIÓN
+0,066 +0,034
+0,031
+0,060
+0,027
+0,052
+0,045 +0,023
+0,039 +0,029
+0,033 +0,017
+0,028 +0,015
+0,023 +0,012
+0,019 +0,010
+0,016 +0,008
+0,013 +0,006
n6
AGUJERO ÚNICO
+0,052 +0,020
+0,017
+0,046
+0,015
+0,040
+0,035 +0,013
+0,030 +0,011
+0,025 +0,009
+0,028 +0,008
+0,018 +0,007
+0,015 +0,006
+0,012 +0,004
+0,009 +0,002
m6
+0,036 +0,004
+0,004
+0,033
+0,003
+0,028
+0,025 +0,003
+0,021 +0,002
+0,018 +0,002
+0,015 +0,002
+0,012 +0,001
+0,010 +0,001
k6
+0,016 -0,016
-0,013
+0,016
-0,011
+0,014
+0,013 -0,009
+0,012 -0,007
+0,011 -0,005
+0,009 -0,004
+0,008 -0,003
+0,007 -0,002
+0,007 -0,001
+0,006 -0,001
j6
Ejes
AJUSTES FINOS
0,000 -0,032
-0,029
0,000
-0,025
0,000
0,000 -0,022
0,000 -0,019
0,000 -0,016
0,000 -0,013
0,000 -0,011
0,000 -0,009
0,000 -0,008
0,000 -0,007
h6
-0,017 -0,049
-0,044
-0,015
-0,039
-0,014
-0,012 -0,034
-0,010 -0,029
-0,009 -0,025
-0,007 -0,020
-0,006 -0,017
-0,005 -0,014
-0,004 -0,012
-0,003 -0,010
g6
-0,056 -0,108
-0,096
-0,050
-0,083
-0,043
-0,037 -0,071
-0,030 -0,060
-0,025 -0,050
-0,020 -0,041
-0,016 -0,034
-0,013 -0,028
-0,010 -0,022
-0,007 -0,016
f7
-0,110 -0,191
-0,172
-0,100
-0,148
-0,085
-0,072 -0,126
-0,060 -0,106
-0,050 -0,089
-0,040 -0,073
-0,032 -0,059
-0,025 -0,047
-0,020 -0,038
-0,014 -0,028
e8
-0,190 -0,320
-0,285
-0,170
-0,245
-0,145
-0,120 -0,207
-0,100 -0,174
-0,080 -0,142
-0,065 -0,117
-0,050 -0,093
-0,040 -0,076
-0,030 -0,060
-0,020 -0,045
d9
Elementos para la sujeción de piezas
3
© ITES-PARANINFO
© ITES-PARANINFO 0,000 -0,027 0,000 -0,033
+0,027 0,000
+0,033 0,000
> 10 a 18
> 18 a 30
> 280 a 315
> 250 a 280
> 225 a 250
> 200 a 225
> 180 a 200
> 160 a 180
> 140 a 160
> 120 a 140
> 100 a 120
> 80 a 100
> 65 a 80
> 50 a 65
>40 a 50
0,000 -0,081
-0,072
0,000
+0,081 0,000
0,000
-0,063
0,000
+0,072
0,000
0,000 -0,054
0,000 -0,046
+0,063
+0,054 0,000
+0,046 0,000
0,000 -0,039
0,000 -0,022
+0,022 0,000
> 6 a 10
+0,039 0,000
0,000 -0,018
+0,018 0,000
>3a6
> 30 a 40
0,000 -0,014
+0,014 0,000
1a3
0,000 -0,130
-0,115
0,000
-0,100
0,000
0,000 -0,087
0,000 -0,074
0,000 -0,062
0,000 -0,052
0,000 -0,043
0,000 -0,036
0,000 -0,030
-0,056 -0,137
-0,122
-0,050
-0,106
-0,043
-0,036 -0,090
-0,030 -0,076
-0,025 -0,064
-0,020 -0,053
-0,016 -0,043
-0,013 -0,035
-0,010 -0,028
-0,007 -0,021
f8
h8
H8 0,000 -0,025
Ejes h9
e9
-0,110 -0,240
-0,215
-0,100
-0,185
-0,085
-0,072 -0,159
-0,060 -0,134
-0,050 -0,112
-0,040 -0,092
-0,032 -0,075
-0,025 -0,061
-0,020 -0,050
-0,014 -0,039
AJUSTES CORRIENTES
Agujero
Ø Nominal (mm)
-0,190 -0,400
-0,355
-0,170
-0,305
-0,145
-0,120 -0,260
-0,100 -0,220
-0,080 -0,180
-0,065 -0,149
-0,050 -0,120
-0,040 -0,098
-0,030 -0,078
-0,020 -0,060
d10
+0,320 0,000
0,000
+0,290
0,000
+0,250
+0,220 0,000
+0,190 0,000
+0,160 0,000
+0,130 0,000
+0,110 0,000
+0,090 0,000
+0,075 0,000
+0,060 0,000
H11
Agujero
AGUJERO ÚNICO
0,000 -0,320
-0,290
0,000
-0,250
0,000
0,000 -0,220
0,000 -0,190
0,000 -0,160
0,000 -0,130
0,000 -0,110
0,000 -0,090
0,000 -0,075
0,000 -0,060
h11
-0,190 -0,510
-0,460
-0,170
-0,395
-0,145
-0,120 -0,340
-0,100 -0,290
-0,080 -0,240
-0,065 -0,195
-0,050 -0,160
-0,040 -0,130
-0,030 -0,105
-0,020 -0,080
d11
-0,380 -0,670 -0,420 -0,710 -0,480 -0,800 -0,540 -0,860
-0,280 -0,570 -0,300 -0,620 -0,330 -0,650
-0,260 -0,510
-0,200 -0,450
-0,260 -0,550
-0,240 -0,460
-0,180 -0,400
-0,340 -0,630
-0,220 -0,440
-0,170 -0,390
-0,240 -0,530
-0,200 -0,390
-0,150 -0,340
-0,310 -0,560
-0,190 -0,380
-0,140 -0,330
-0,230 -0,480
-0,180 -0,340
-0,130 -0,290
-0,280 -0,530
-0,170 -0,330
-0,120 -0,280
-0,210 -0,460
-0,160 -0,290
-0,150 -0,260
-0,150 -0,240
-0,140 -0,215
-0,140 -0,200
b11
-0,110 -0,240
-0,095 -0,205
-0,080 -0,170
-0,070 -0,145
-0,060 -0,120
e11
Ejes
AJUSTES BASTOS-ORDINARIOS
-0,050 -1,370
-0,920 -1,240
-0,820 -1,110
-0,740 -1,030
-0,660 -0,950
-0,580 -0,830
-0,520 -0,770
-0,460 -0,710
-0,410 -0,630
-0,380 -0,600
-0,360 -0,550
-0,340 -0,530
-0,320 -0,480
-0,310 -0,470
-0,300 -0,430
-0,290 -0,400
-0,280 -0,370
-0,270 -0,345
-0,270 -0,330
a11
Elementos para la sujeción de piezas
3
227
228
-0,007 -0,016
-0,009 -0,020
-0,011 -0,024
-0,012 -0,028
0,000 -0,006
0,000 -0,008
0,000 -0,009
0,000 -0,011
> 6 a 10
> 10 a 18
> 18 a 30
> 30 a 50 -0,030 -0,060 -0,032 -0,062 -0,038 -0,073 -0,041 -0,076 -0,048 -0,088
-0,042 -0,072 -0,048 -0,078 -0,058 -0,093 -0,066 -0,101 -0,077 -0,117
> 280 a 315
0,000 -0,023
-0,025 -0,057
-0,009 -0,041
-0,037
+0,005 -0,027
-0,024
+0,025 -0,007
-0,007
+0,032 0,000
0,000
+0,049 +0,017
+0,015
0,000 -0,032
-0,029
-0,078 -0,030
> 200 a 225
-0,150 -0,202
-0,060 -0,106
-0,025 -0,050
-0,034 -0,059
-0,105 -0,151
-0,020 -0,041
-0,027 -0,048
-0,053 -0,093
-0,016 -0,034
-0,021 -0,039
-0,093 -0,133
-0,013 -0,028
-0,017 -0,032
-0,050 -0,090
-0,011 -0,023
-0,015 -0,027
-0,085 -0,125
-0,010 -0,019
-0,013 -0,022
-0,074 -0,126
0,000
-0,025
0,000
0,000 -0,022
R7
S7
-0,138 -0,190
+0,040
+0,014
+0,039
+0,034 +0,012
0,000 -0,019
0,000 -0,016
0,000 -0,013
0,000 -0,011
0,000 -0,009
0,000 -0,008
0,000 -0,007
h6
> 250 a 280
+0,029
0,000
+0,025
+0,022 0,000
+0,029 +0,010
+0,025 +0,009
+0,020 +0,007
+0,017 +0,006
+0,014 +0,005
+0,012 +0,004
+0,010 +0,003
G6
> 225 a 250
+0,022
-0,007
+0,018
+0,016 -0,006
+0,019 0,000
+0,016 0,000
+0,013 0,000
+0,011 0,000
+0,009 0,000
+0,008 0,000
+0,007 0,000
H6
-0,067 -0,113
-0,005
-0,021
+0,004
+0,004 -0,018
+0,013 -0,006
+0,010 -0,006
+0,008 -0,005
+0,006 -0,005
+0,005 -0,004
+0,004 -0,004
+0,003 -0,004
J6
-0,123 -0,169
-0,051
-0,020
-0,008
-0,033
-0,008
-0,006 -0,028
+0,004 -0,015
+0,003 -0,013
+0,002 -0,011
+0,002 -0,009
+0,002 -0,007
K6
Eje
-0,063 -0,109
-0,022
-0,045
-0,018
0,000
-0,020
-0,016 -0,038
0,000
0,000 -0,015
-0,005 -0,024
-0,004 -0,020
-0,004 -0,017
-0,004 -0,015
-0,003 -0,012
-0,001 -0,009
0,000 -0,007
M6
Agujeros
-0,113 -0,159
> 180 a 200
> 160 a 180
> 140 a 160
> 120 a 140
> 100 a 120
> 80 a 100
> 65 a 80
-0,014 -0,033
-0,005 -0,013
0,000 -0,005
>3a6
0,000 -0,013
-0,004 -0,011
0,000 -0,005
1a3
> 50 a 65
N6
Eje
h5
Ø Nominal (mm)
AJUSTES DE PRECISIÓN
EJE ÚNICO
-0,014 -0,066
-0,060
-0,014
-0,052
-0,012
-0,010 -0,045
-0,009 -0,039
-0,008 -0,033
-0,007 -0,028
-0,005 -0,023
-0,004 -0,019
-0,004 -0,016
-0,004 -0,013
N7
0,000 -0,052
-0,046
0,000
-0,040
0,000
0,000 -0,035
0,000 -0,030
0,000 -0,025
0,000 -0,021
0,000 -0,018
0,000 -0,015
0,000 -0,012
0,000 -0,009
M7
+0,016 -0,036
-0,033
+0,013
-0,028
+0,012
+0,010 -0,025
+0,009 -0,021
+0,007 -0,018
+0,006 -0,015
+0,006 -0,012
+0,005 -0,010
K7
+0,036 -0,016
-0,016
+0,030
-0,014
+0,026
+0,022 -0,013
+0,018 -0,012
+0,014 -0,011
+0,012 -0,009
+0,010 -0,008
+0,008 -0,007
+0,005 -0,007
+0,003 -0,006
J7
Agujeros
AJUSTES FINOS
+0,052 0,000
0,000
+0,046
0,000
+0,040
+0,035 0,000
+0,030 0,000
+0,025 0,000
+0,021 0,000
+0,018 0,000
+0,015 0,000
+0,012 0,000
+0,009 0,000
H7
+0,069 +0,017
+0,015
+0,061
+0,014
+0,054
+0,047 +0,012
+0,040 +0,010
+0,034 +0,009
+0,028 +0,007
+0,024 +0,006
+0,020 +0,005
+0,016 +0,004
+0,012 +0,003
G7
+0,108 +0,056
+0,050
+0,096
+0,043
+0,083
+0,071 +0,036
+0,060 +0,030
+0,050 +0,025
+0,041 +0,020
+0,034 +0,016
+0,028 +0,013
+0,022 +0,010
+0,016 +0,007
F7
+0,191 +0,110
+0,100
+0,172
+0,085
+0,148
+0,126 +0,072
+0,106 +0,060
+0,089 +0,050
+0,073 +0,040
+0,059 +0,032
+0,047 +0,025
+0,038 +0,020
+0,028 +0,014
E8
+0,320 +0,190
+0,170
+0,285
+0,145
+0,245
+0,207 +0,120
+0,174 +0,100
+0,142 +0,080
+0,117 +0,065
+0,093 +0,050
+0,076 +0,040
+0,060 +0,030
+0,045 +0,020
D9
Elementos para la sujeción de piezas
3
© ITES-PARANINFO
© ITES-PARANINFO 0,000 -0,036 0,000 -0,043 0,000 -0,052
0,000 -0,022
0,000 -0,027
0,000 -0,033
> 6 a 10
> 10 a 18
> 18 a 30
> 280 a 315
> 250 a 280
> 225 a 250
> 200 a 225
> 180 a 200
> 160 a 180
> 140 a 160
> 120 a 140
> 100 a 120
> 80 a 100
> 65 a 80
> 50 a 65
>40 a 50
0,000 -0,130
-0,115
-0,072
0,000 -0,081
0,000
-0,100
-0,063
0,000
0,000
0,000 -0,087
0,00 -0,074
0,000
0,000 -0,054
0,000 -0,046
0,000 -0,062
0,000 -0,030
0,000 -0,018
>3a6
0,000 -0,039
0,000 -0,025
0,000 -0,014
1a3
> 30 a 40
h9
Ejes h8
Ø Nominal (mm)
+0,081 0,000
0,000
+0,072
0,000
+0,063
+0,054 0,000
+0,046 0,000
+0,039 0,000
+0,033 0,000
+0,027 0,000
+0,022 0,000
+0,018 0,000
+0,014 0,000
H8
+0,137 +0,056
+0,050
+0,122
+0,043
+0,106
+0,090 +0,036
+0,076 +0,030
+0,064 +0,025
+0,053 +0,020
+0,043 +0,016
+0,035 +0,013
+0,028 +0,010
+0,021 +0,007
F8
+0,240 +0,110
+0,100
+0,215
+0,085
+0,185
+0,159 +0,072
+0,134 +0,060
+0,112 +0,050
+0,092 +0,040
+0,075 +0,032
+0,061 +0,025
+0,050 +0,020
+0,039 +0,014
E9
Agujeros
AJUSTES CORRIENTES
+0,400 +0,190
+0,170
+0,355
+0,145
+0,305
+0,260 +0,120
+0,220 +0,100
+0,180 +0,080
+0,149 +0,065
+0,120 +0,050
+0,098 +0,040
+0,078 +0,030
+0,060 +0,020
D10
0,000 -0,320
-0,290
0,000
-0,250
0,000
0,000 -0,220
0,000 -0,190
0,000 -0,160
0,000 -0,130
0,000 -0,110
0,000 -0,090
0,000 -0,075
0,000 -0,060
h11
Eje
EJE ÚNICO
+0,320 0,000
0,000
+0,290
0,000
+0,250
+0,220 0,000
+0,190 0,000
+0,160 0,000
+0,130 0,000
+0,110 0,000
+0,090 0,000
+0,075 0,000
+0,060 0,000
H11
+0,510 +0,190
+0,170
+0,460
+0,145
+0,395
+0,340 +0,120
+0,290 +0,100
+0,240 +0,080
+0,195 +0,065
+0,160 +0,050
+0,130 +0,040
+0,105 +0,030
+0,080 +0,020
D11
+0,670 +0,380 +0,710 +0,420 +0,800 +0,480 +0,860 +0,540
+0,570 +0,280 +0,620 +0,300 +0,650 +0,330
+0,510 +0,260
+0,450 +0,200
+0,550 +0,260
+0,460 +0,240
+0,400 +0,180
+0,630 +0,340
+0,440 +0,220
+0,390 +0,170
+0,530 +0,240
+0,390 +0,200
+0,340 +0,150
+0,560 +0,310
+0,380 +0,190
+0,330 +0,140
+0,480 +0,230
+0,340 +0,180
+0,290 +0,130
+0,530 +0,280
+0,330 +0,170
+0,280 +0,120
+0,460 +0,210
+0,290 +0,160
+0,260 +0,150
+0,240 +0,150
+0,215 +0,140
+0,200 +0,140
B11
+0,240 +0,110
+0,205 +0,095
+0,170 +0,080
+0,145 +0,070
+0,120 +0,060
C11
Agujeros
AJUSTES BASTOS-ORDINARIOS
+1,370 +1,050
+1,240 +0,920
+1,110 +0,820
+1,030 +0,740
+0,950 +0,660
+0,830 +0,580
+0,770 +0,520
+0,710 +0,460
+0,630 +0,410
+0,600 +0,380
+0,550 +0,360
+0,530 +0,340
+0,480 +0,320
+0,470 +0,310
+0,430 +0,300
+0,400 +0,290
+0,370 +0,280
+0,345 +0,270
+0,330 +0,270
A11
Elementos para la sujeción de piezas
3
229
3
Elementos para la sujeción de piezas Unidades de pulgada Fracción de pulgada
DECIMAL
0”
1”
2”
3”
4”
5”
6”
7”
8”
9”
mm
0 1/64 1/32 3/64
0 0,015 625 0,031 25 0,046 875
0 0,396 9 0,793 8 1,190 6
25,400 25,796 26,193 26,590
0 9 8 6
50,800 51,196 51,593 51,990
0 9 8 6
76,200 76,596 76,993 77,390
0 9 8 6
101,600 101,996 102,393 102,790
0 9 8 6
127,000 127,396 127,793 128,190
0 9 8 6
152,400 152,796 153,193 153,590
0 9 8 6
177,800 178,196 178,593 178,990
0 9 8 6
203,200 203,596 203,993 204,390
0 9 8 6
228,600 228,996 229,393 229,790
0 9 8 6
1/16 5/64 3/32 7/64
0,062 0,078 0,093 0,109
5 125 75 375
1,587 1,984 2,381 2,778
5 4 3 1
26,987 27,384 27,781 28,178
5 4 3 1
52,387 52,784 53,181 53,578
5 4 3 1
77,787 78,184 78,581 78,978
5 4 3 1
103,187 103,584 103,981 104,378
5 4 3 1
128,587 128,984 129,381 129,778
5 4 3 1
153,987 154,384 154,781 155,178
5 4 3 1
179,387 179,784 180,181 180,578
5 4 3 1
204,787 205,184 205,581 205,978
5 4 3 1
230,187 230,584 230,981 231,378
5 4 3 1
1/8 9/64 5/32 11/64
0,125 0,140 625 0,156 25 0,171 875
3,175 3,571 3,968 4,365
0 9 8 6
28,575 28,971 29,368 29,765
0 9 8 6
53,975 54,371 54,768 55,165
0 9 8 6
79,375 79,771 80,168 80,565
0 9 8 6
104,775 105,171 105,568 105,965
0 9 8 6
130,175 130,571 130,968 131,365
0 9 8 6
155,575 155,971 156,368 156,765
0 9 8 6
180,975 181,371 181,768 182,165
0 9 8 6
206,375 206,771 207,168 207,565
0 9 8 6
231,775 232,171 232,568 232,965
0 9 8 6
3/16 13/64 7/32 15/64
0,187 0,203 0,218 0,234
5 125 75 375
4,762 5,159 5,556 5,953
5 4 3 1
30,162 30,559 30,956 31,353
5 4 3 1
55,562 55,959 56,356 56,753
5 4 3 1
80,962 81,359 81,756 82,153
5 4 3 1
106,362 106,759 107,156 107,553
5 4 3 1
131,762 132,159 132,556 132,953
5 4 3 1
157,162 157,559 157,956 158,353
5 4 3 1
182,562 182,959 183,356 183,753
5 4 3 1
207,962 208,359 208,576 209,153
5 4 3 1
233,362 233,759 234,156 234,553
5 4 3 1
1/4 17/64 9/32 19/64
0,25 0,265 625 0,281 25 0,296 875
6,350 6,746 7,143 7,540
0 9 8 6
31,750 32,146 32,543 32,940
0 9 8 6
57,150 57,546 57,943 58,340
0 9 8 6
82,550 82,946 83,343 83,740
0 9 8 6
107,950 108,346 108,743 109,140
0 9 8 6
133,350 133,746 134,143 134,540
0 9 8 6
158,750 159,146 159,543 159,940
0 9 8 6
184,150 184,546 184,943 185,340
0 9 8 6
209,550 209,946 210,343 210,740
0 9 8 6
234,950 235,346 235,743 263,140
0 9 8 6
5/16 21/64 11/32 23/64
0,312 0,328 0,343 0,359
7,937 8,334 8,731 9,128
5 4 3 1
33,337 33,734 34,131 34,528
5 4 3 1
58,737 59,134 59,531 59,928
5 4 3 1
84,137 84,534 84,931 85,328
5 4 3 1
109,537 109,934 110,331 110,728
5 4 3 1
134,937 135,334 135,731 136,128
5 4 3 1
160,337 160,734 161,131 161,528
5 4 3 1
185,737 186,134 186,531 186,928
5 4 3 1
211,137 211,534 211,931 212,328
5 4 3 1
236,537 236,934 237,331 237,728
5 4 3 1
3/8 25/64 13/32 27/64
0,375 0,390 625 0,406 25 0,421 875
9,525 0 9,921 9 10,318 8 10,715 6
34,925 35,321 35,718 36,115
0 9 8 6
60,325 60,721 61,118 61,515
0 9 8 6
85,725 86,121 86,518 86,915
0 9 8 6
111,125 111,521 111,918 112,315
0 9 8 6
136,525 136,921 137,318 137,715
0 9 8 6
161,925 162,321 162,718 163,115
0 9 8 6
187,325 187,721 188,118 188,515
0 9 8 6
212,725 213,121 213,518 213,915
0 9 8 6
238,125 238,521 238,918 239,315
0 9 8 6
7/16 29/64 15/32 31/64
0,437 0,453 0,468 0,484
5 125 75 375
11,112 11,509 11,906 12,303
5 4 3 1
36,512 36,909 37,306 37,703
5 4 3 1
61,912 62,309 62,706 63,103
5 4 3 1
87,312 87,709 88,106 88,503
5 4 3 1
112,712 113,109 113,506 113,903
5 4 3 1
138,112 138,509 138,906 139,303
5 4 3 1
163,512 163,909 164,306 164,703
5 4 3 1
188,912 189,309 189,706 190,103
5 4 3 1
214,312 214,709 215,106 215,503
5 4 3 1
239,712 240,109 240,506 240,903
5 4 3 1
1/2 33/64 17/32 35/64
0,5 0,515 625 0,531 25 0,546 875
12,700 13,096 13,493 13,890
0 9 8 6
38,100 38,496 38,893 39,290
0 9 8 6
63,500 63,896 64,293 64,690
0 9 8 6
88,900 89,296 89,693 90,090
0 9 8 6
114,300 114,696 115,093 115,490
0 9 8 6
139,700 140,096 140,493 140,890
0 9 8 6
165,100 165,496 165,893 166,290
0 9 8 6
190,500 190,896 191,293 191,690
0 9 8 6
215,900 216,296 216,693 217,090
0 9 8 6
241,300 241,696 242,093 242,490
0 9 8 6
9/16 37/64 19/32 39/64
0,562 0,578 0,593 0,609
5 125 75 375
14,287 14,684 15,081 15,478
5 4 3 1
39,687 40,084 40,481 40,878
5 4 3 1
65,087 65,484 65,881 66,278
5 4 3 1
90,487 90,884 91,281 91,678
5 4 3 1
115,887 116,284 116,681 117,078
5 4 3 1
141,287 141,684 142,081 142,478
5 4 3 1
166,687 167,084 167,481 167,878
5 4 3 1
192,087 192,484 192,881 193,278
5 4 3 1
217,487 217,884 218,281 218,678
5 4 3 1
242,887 243,284 243,681 244,078
5 4 3 1
5/8 41/64 21/32 43/64
0,625 0,640 625 0,656 25 0,671 875
15,875 16,271 16,668 17,065
0 9 8 6
41,275 41,671 42,068 42,465
0 9 8 6
66,675 67,071 67,468 67,865
0 9 8 6
92,075 92,471 92,868 93,265
0 9 8 6
117,475 117,871 118,268 118,665
0 9 8 6
142,875 143,271 143,668 144,065
0 9 8 6
168,275 168,671 169,068 169,465
0 9 8 6
193,675 194,071 194,468 194,865
0 9 8 6
219,075 219,471 219,868 220,265
0 9 8 6
244,475 244,871 245,268 245,665
0 9 8 6
11/16 45/64 23/32 47/64
0,687 0,703 0,718 0,734
5 125 75 375
17,462 17,859 18,256 18,653
5 4 3 1
42,862 43,259 43,656 44,053
5 4 3 1
68,262 68,659 69,056 69,453
5 4 3 1
93,662 94,059 94,456 94,853
5 4 3 1
119,062 119,459 119,856 120,253
5 4 3 1
144,462 144,859 145,256 145,653
5 4 3 1
169,862 170,259 170,656 171,053
5 4 3 1
195,265 195,659 196,056 196,453
5 4 3 1
220,662 221,059 221,456 221,853
5 4 3 1
246,062 246,459 246,856 247,253
5 4 3 1
3/4 49/64 25/32 51/64
0,75 0,765 625 0,781 25 0,796 875
19,050 19,446 19,843 20,240
0 9 8 6
44,450 44,846 45,243 45,640
0 9 8 6
69,850 70,246 70,643 71,040
0 9 8 6
95,250 95,646 96,043 96,440
0 9 8 6
120,650 121,046 121,443 121,840
0 9 8 6
146,050 146,446 146,843 147,240
0 9 8 6
171,450 171,846 172,243 172,640
0 9 8 6
196,850 197,246 197,643 198,040
0 9 8 6
222,250 222,646 223,043 223,440
0 9 8 6
247,650 248,046 248,443 248,840
0 9 8 6
13/16 53/64 27/32 55/64
0,812 0,828 0,843 0,859
5 125 75 375
20,637 21,034 21,431 21,828
5 4 3 1
46,037 46,434 46,831 47,228
5 4 3 1
71,437 71,834 72,231 72,628
5 4 3 1
96,837 97,234 97,631 98,028
5 4 3 1
122,237 122,634 123,031 123,428
5 4 3 1
147,637 148,034 148,431 148,828
5 4 3 1
173,037 173,434 173,831 174,228
5 4 3 1
198,437 198,834 199,231 199,628
5 4 3 1
223,837 224,234 224,631 225,028
5 4 3 1
249,237 249,634 250,031 250,428
5 4 3 1
7/8 57/64 29/32 59/64
0,875 0,890 625 0,906 25 0,921 875
22,225 22,621 23,018 23,415
0 9 8 6
47,625 48,021 48,418 48,815
0 9 8 6
73,025 73,421 73,818 74,215
0 9 8 6
98,425 98,821 99,218 99,615
0 9 8 6
123,825 124,221 124,618 125,015
0 9 8 6
149,225 149,621 150,018 150,415
0 9 8 6
174,625 175,021 175,418 175,815
0 9 8 6
200,025 200,421 200,818 201,215
0 9 8 6
225,425 225,821 226,218 226,615
0 9 8 6
250,825 251,221 251,618 252,015
0 9 8 6
15/16 61/64 31/32 63/64
0,937 0,953 0,968 0,984
23,812 24,209 24,606 25,003
5 4 3 1
49,212 49,609 50,006 50,403
5 4 3 1
74,612 75,009 75,406 75,803
5 4 3 1
100,012 100,409 100,806 101,203
125,412 125,809 126,206 126,603
5 4 3 1
150,812 151,209 151,606 152,003
5 4 3 1
176,212 176,609 177,006 177,403
5 4 3 1
201,612 202,009 202,406 202,803
5 4 3 1
227,012 227,409 227,806 228,203
5 4 3 1
252,412 252,809 253,206 253,603
5 4 3 1
5 125 75 375
5 125 75 375
5 4 3 1
10” = 254,000 0 mm.
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Seguridad en el trabajo Contenido Introducción. Consejos generales. BLOQUE 1. Recomendaciones generales z z z z z z z z z z z
Orden y limpieza. Manejo de cargas. Incendios. Riesgo eléctrico. Manejo de productos químicos. Manejo de máquinas. Manejo de herramientas. Equipo individual. Pantallas de datos. Estrés. Actuación en accidentes.
BLOQUE 2. Recomendaciones concretas z z z z z z z z z z
Taller de fundición. Tornos. Fresadoras y cepillos. Taladradoras. Herramientas de corte y brocas. Herramientas auxiliares. Trabajos en banco de ajuste. Electroesmeriladoras. Forjado. Soldaduras.
BLOQUE 3. Reglamento de seguridad en las máquinas z Reglamento. z Extracto del «Anexo relación de máquinas».
4
Introducción LA SEGURIDAD EN EL TRABAJO ES IMPORTANTE...!! Las normas de seguridad en toda actividad industrial y humana tienen gran importancia y cada día se cuidan más por las empresas y se exigen por los agentes oficiales. Pero lo más importante, es la actitud de cada uno ante su seguridad y la de sus compañeros.
Consejos generales... z Actuar de forma segura en todos los trabajos debe convertirse en un hábito. z Frente a los riesgos, mejor no exponerse, evitarlos o reducirlos al mínimo. z Prestar atención al trabajo que se está realizando. La distracción y la prisa son las mejores aliadas del accidente. z Seguir las instrucciones y cumplir las normas. De no conocerlas, es mejor preguntar que improvisar. z Avisar de cualquier anomalía a los superiores encargados y a los compañeros. z Ningún accidente ocurre por casualidad. Todos pueden evitarse. z La seguridad y la salud es tarea de todos, esto es: todos estamos involucrados y nuestra participación es imprescindible. z Cualquier trabajo es importante, por lo que es mejor disfrutar de la tarea bien hecha que no lamentarse. z Con la prevención de riesgos laborales, todos ganamos, especialmente uno mismo.
4
Seguridad en el trabajo
Bloque 1. Recomendaciones generales
Manejo de cargas z Comprueba que no hay obstáculos en el trayecto (si los hay, retíralos previamente).
Orden y limpieza z Mantén las zonas de paso y salidas libres de obstáculos. z Recoger los derrames accidentales inmediatamente, otra persona puede sufrir un accidente. z Mantén limpio y ordenado tu lugar de trabajo. Recuerda que «limpiar está bien pero no ensuciar es mejor». z Realiza un mantenimiento correcto de las máquinas y herramientas, funcionarán mejor y ensuciarán menos. z Utiliza recipientes adecuados para los desechos y vacíalos con la frecuencia necesaria. z Un sitio para cada cosa y cada cosa en su sitio. z No tires colillas ni papeles en cualquier lugar del taller. z Mantén una higiene personal adecuada. z Los aseos son de todos, cuídalos. z Una sola persona imprudente puede hacer inseguro todo el taller.
EL ORDEN Y LA LIMPIEZA AUMENTAN TU SEGURIDAD.
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z Procura siempre utilizar medios mecánicos si los tienes disponibles. z Apoya los pies firmemente (sepáralos a una distancia igual a la de tus hombros) y agáchate doblando las rodillas para recoger la carga. z Coge la carga por la parte más segura y sujétala de forma equilibrada con los dos brazos. z Mantén la espalda recta durante toda la maniobra. z Levántate suavemente enderezando las piernas, no levantes la carga mediante tirones bruscos. z Mantén la carga lo más próxima posible a tu cuerpo y con los brazos extendidos. z Nunca debes de elevar una carga de forma manual por encima de la línea de los hombros. z Nunca realices giros de cintura mientras soportas una carga. z Si no puedes tú solo, ¡no lo dudes! pide ayuda a un compañero.
CUIDA TU ESPALDA, SI LA USAS MAL PUEDES LESIONARTE IRREVERSIBLEMENTE.
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Seguridad en el trabajo
Incendios z En caso de incendio, no grites, no corras, mantén la calma y actúa con decisión. z Si el incendio es de grandes proporciones, no intentes apagarlo tú solo. z Da la alarma y avisa al mayor número posible de compañeros. z Evacúa el edificio siguiendo las señales, ve cerrando las puertas detrás de ti. z No uses jamás los ascensores durante un incendio. z Si el humo no te deja respirar, gatea y abandona la zona. z Si el incendio es pequeño y te sientes seguro, utiliza un extintor adecuado. z Dirige el chorro del extintor hacia el extremo más próximo a ti de la base de las llamas. z Si tus ropas se prenden, no corras, arderán más rápidamente, tírate al suelo y rueda para apagarlas. z En caso de incendio es vital que sepas en cada momento lo que debes hacer. Infórmate sobre el plan de emergencia.
z Si observas calentamiento o chispazos en motores, cables, etc, notifícalo. z En caso de contacto eléctrico no toques al accidentado sin desconectar la corriente.
LA FORMA MÁS EFICAZ DE LUCHAR CONTRA EL FUEGO ES EVITANDO QUE SE PRODUZCA.
Riesgo eléctrico z No uses nunca cables pelados, deteriorados o sin enchufe. z No desconectes nunca tirando del cable. Puedes deteriorar las conexiones. z No conectes varios aparatos en el mismo enchufe. z No toques nunca aparatos eléctricos con las manos mojadas o con los pies en contacto con agua. z No manipules los cuadros eléctricos si no tienes conocimiento. z No retires jamás por tu cuenta las protecciones eléctricas ni suprimas las tomas de tierra. z Comunica al servicio de mantenimiento cualquier anomalía eléctrica que observes. z Si notas cosquilleo al utilizar un aparato eléctrico, para y notifícalo.
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SI OBSERVAS ALGUNA ANOMALÍA EN LA INSTALACIÓN ELÉCTRICA, COMUNÍCALA. NO TRATES DE ARREGLAR LO QUE NO SABES.
Manejo de productos químicos z No utilices nunca envases de bebidas o alimentos para contener productos químicos, aunque le hayas cambiado el rótulo. z No tengas en tu puesto de trabajo mayor cantidad de productos de los que vayas a consumir en una jornada laboral.
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Seguridad en el trabajo z Cuando hayas acabado de utilizar el producto cierra perfectamente el envase. z Respeta las normas de incompatibilidad al almacenarlos. Si no las conoces, infórmate. z No mezcles productos químicos, pueden reaccionar violentamente y generar gases tóxicos o irritantes. z Si precisas rebajar un producto, pon primero un recipiente con agua y después añade el producto. z Cuando uses productos químicos utiliza las protecciones adecuadas. z En el taller deben encontrarse las fichas de seguridad de los productos que estás manejando. z Extrema tu higiene personal, sobre todo antes de las comidas y al abandonar el trabajo. z Cuando manejes productos químicos ten a mano el teléfono de información toxicológica.
z Cuando durante la utilización de una máquina sea necesario limpiar o retirar residuos cercanos a un elemento peligroso, usa siempre los medios auxiliares adecuados que garanticen una distancia de seguridad suficiente. z Si tu máquina dispone de «diario de mantenimiento», supervisa que se mantenga actualizado. z En las operaciones de mantenimiento que pueda suponer peligro, realízalas siempre tras haber parado o desconectado la máquina, haber comprobado la inexistencia de energías residuales peligrosas y haber tomado las medidas necesarias para evitar su puesta en marcha o conexión accidental mientras se esté efectuando la operación.
LEE ATENTAMENTE LA ETIQUETA DEL PRODUCTO, CONTIENE INFORMACIÓN VITAL.
Manejo de máquinas z Antes de poner en marcha una máquina, lee el manual de instrucciones e infórmate de su funcionamiento y de sus riesgos. z Comprueba que sus protecciones y condiciones de uso son las adecuadas y que su conexión o puesta en marcha no represente peligro para terceros. z No retires nunca por tu cuenta las protecciones.
INFÓRMATE PERFECTAMENTE DEL FUNCIONAMIENTO DE LAS MÁQUINAS QUE USAS.
Manejo de herramientas z No uses nunca una herramienta para algo diferente para lo que ha sido diseñada. z No olvides poner todas las protecciones de nuevo antes de poner en marcha la máquina, si por motivo de mantenimiento o limpieza ha sido necesario retirarlas. z En caso de avería, no manipules la máquina, avisa inmediatamente al responsable de mantenimiento, señalizando la avería. z Cuando la máquina esté funcionando y observes algún “atasco”, no metas las manos, detén siempre antes la máquina. z Usa en todo momento los equipos de protección individual necesarios, indicados en el «manual de instrucciones» de la máquina.
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Seguridad en el trabajo z Cuida de tus herramientas, límpialas con frecuencia, mantenlas afiladas si son de corte, sin holguras, y con los mangos en condiciones. z Coloca cada herramienta en su sitio. z Si un compañero necesita una herramienta, no se la lances, entrégasela en mano. z Nunca lleves herramientas en los bolsillos, sobre todo si son cortantes o punzantes. z Comprueba que las herramientas eléctricas llevan el símbolo de doble aislamiento. z No abras las herramientas eléctricas o perderán su protección. z Utiliza las protecciones adecuadas a la herramienta que usas (guantes, gafas, etc.). z Si tienes que trasladarte con tus herramientas, utiliza una caja adecuada o un cinturón portaherramientas. z Si tu trabajo supone un riesgo para los demás, no dejes que se acerquen.
z Si no usas los equipos de protección individual correctamente, pueden suponer un riesgo añadido. z Los equipos de protección individual son de uso personal. z Comprueba que disponen de marcado «CE». z El uso de algo tan simple como un guante, puede evitarte un accidente.
LO ÚTIL NO TIENE POR QUÉ SER PELIGROSO.
Equipo individual z Utiliza los equipos de protección individual si no se han podido evitar o reducir los riesgos por otros medios. z No inicies ningún trabajo sin los equipos de protección individual adecuados. z Antes de usar un equipo de protección individual, lee las instrucciones de manejo. z Cuida correctamente y guarda los equipos de protección. z Existen guantes, botas, mascarillas..., que se ajustan a tus necesidades. z Informa de los defectos y anomalías o daños que detectes en el equipo.
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ESTÁN DISEÑADOS PARA PROTEGERTE.
Pantallas de datos z Trabaja cómodo regulando el asiento de trabajo. z Utiliza un portadocumentos regulable adosado a la pantalla. z La superficie de trabajo debe ser suficientemente estable, sin reflejos y de colores neutros. z Tus ojos deben estar a una distancia mínima de la pantalla de 40 cm. z Es aconsejable un reposapiés, para no perjudicar la circulación.
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Seguridad en el trabajo z Coloca tu pantalla de forma paralela a las luces. z No sitúes la pantalla ni de frente ni de espaldas a las ventanas. Si no tienes más remedio, usa las cortinas regulables. z Procura alternar las tareas para evitar la monotonía y repetitividad. z Después de dos horas trabajando con ordenador, cambia de tarea y posición. z Realiza movimientos de relajación de la columna.
Estrés z La participación en el trabajo es importante, no trabajes de forma insolidaria o independiente, ofrece tu ayuda y pídela cuando necesites la de los demás. z Trabaja en equipo, intégrate en el grupo, reconoce el valor humano de tus compañeros y aprende a comunicarte sin agresividad o timidez. z Valora positivamente el trabajo que realizas, no caigas en la rutina, evita el aburrimiento y la frustración, disfruta de la tarea bien hecha e irás reconociendo tu capacidad aprendiendo a automotivarte. z Anticipa los momentos de mayor trabajo, planifícate, organiza tu trabajo y plantéate objetivos realistas. z Disfruta de tu tiempo de ocio, cuida tu salud, haz algo de deporte y encuentra un espacio para tu intimidad. z Fomenta las relaciones con tu familia, amigos y compañeros, muestra tus afectos. z Cuanto más feliz y satisfecho te sientas en el trabajo y en tu vida, menos estrés sufrirás. z Disfruta de lo que hagas en cada momento, busca satisfacciones en las pequeñas cosas. z Descansa suficientemente antes de acudir al trabajo, no abuses de sustancias excitantes (café, té, tabaco, alcohol, etc.). z Aprende a relajarte, sé flexible y creativo. No olvides que cierto grado de estrés nos sirve de estímulo y nos hace progresar en muchos sentidos. EL ESTRÉS FORMA PARTE DE TU VIDA COTIDIANA, QUE TE AFECTE DEPENDE DE TU ACTITUD.
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Actuación en accidentes z Mantén la calma, tranquiliza al accidentado, piensa antes de actuar y usa el sentido común. z Recuerda siempre el siguiente orden de actuación: a) Proteger: Protege al accidentado y evita que tú u otras personas, os veáis envueltas en otro accidente a causa del primero. b) Avisar: Solicita ayuda. Los teléfonos de urgencias (bomberos, policía, ambulancia, etc.) se han unificado en el nº 112. c) Socorrer: Atiende siempre al herido más grave, para lo cual: − Comprueba si está consciente, si tiene pulso y si respira, en caso contrario realiza una reanimación cardiopulmonar. − Examínalo por zonas (cabeza, cuello, tronco, abdomen y extremidades) por si presenta heridas, fracturas, quemaduras, etc. z Si la herida es superficial: a) La persona que vaya a realizar la cura debe lavarse previamente las manos con agua y jabón. b) Lavar la herida con agua y jabón (preferiblemente) o con agua oxigenada a chorro, procurando si la herida está sucia limpiarla de impurezas y cuerpos extraños lo mejor posible. c) Pincelar la herida con un antiséptico y cubrirla con un apósito estéril. z Si la herida es importante, por su extensión, profundidad o localización: a) Cortar la hemorragia presionando directamente sobre un apósito limpio colocado sobre la herida. b) No retires de la herida los apósitos empapados en sangre, coloca otros limpios encima de ellos y continúa presionando hasta detener la hemorragia. c) Evitar poner un torniquete, sobre todo si no tienes experiencia. d) Cubrir la herida con apósitos limpios y traslada al herido urgentemente a un centro sanitario. e) Si la hemorragia es nasal, presionar con los dedos las alas de la nariz y bajar la cabeza. z En caso de mareo o lipotimia: a) Echar a la persona en el suelo elevándole los pies. b) Aflojar el cinturón, la corbata o cualquier prenda de vestir que pueda oprimir. c) Procurar que le llegue aire suficiente a la víctima (retira a los curiosos, abre alguna ventana, abanícale la cara, etc.). d) Si a pesar de todo, la víctima no recupera la conciencia, podríamos estar ante una situación más grave. Comprueba si tiene respiración y pulso: − Si tiene pulso y respira, colocar a la víctima en posición de seguridad y avisar a un servicio de urgencias. − Si no tiene pulso ni respira, realizar las maniobras de reanimación cardiopulmonar y avisar a un servicio de urgencias.
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Seguridad en el trabajo z No dar de beber nada, ni administrar analgésicos, ni dejar nunca solo a un accidentado (sobre todo si se encuentra inconsciente). Mantenlo caliente tapándolo con ropa. z Si después de un accidente observas en la víctima problemas de habla o de coordinación, ha de ser reconocida urgentemente en un centro sanitario. z Si observas un cuerpo extraño en un ojo: a) No permitas que el accidentado se restriegue el ojo. b) Si está suelto, retíralo suavemente con la punta de un pañuelo. c) Si está clavado no lo extraigas (sobre todo si se encuentra en la zona coloreada del ojo), cúbrelo con un apósito limpio y remite al accidentado a un centro sanitario. d) No utilices nunca objetos puntiagudos o afilados para extraer cuerpos extraños de los ojos. z En caso de quemaduras: a) Enfría la zona afectada con agua fría (ni cubitos ni agua helada). b) No apliques remedios caseros sobre una quemadura. c) No abras las ampollas. d) No retires las ropas quemadas del cuerpo.
Bloque 2. Recomendaciones concretas Taller de fundición Las precauciones a tener en cuenta cuando se visita un taller de fundición y todavía más cuando se trabaja en él son: z No se deben tocar las piezas sin tener la seguridad de que están completamente frías, y siempre con los guantes adecuados. z No hay que acercarse a los hornos o cubilotes ni a las cucharas llenas de metal fundido, puesto que a veces se producen salpicaduras y derrames por lo que las consecuencias pueden ser graves en el ámbito de las quemaduras. z Para mirar mucho rato el material fundido, es necesario ir provisto de gafas o careta protectora equipadas con el filtro correspondiente para así evitar lesiones en los ojos. z No colocarse en la trayectoria ni debajo de grúas que transporten piezas o cucharas con metal fundido. z Deben cumplirse todas las normas que el personal responsable suele dar al comenzar las visitas o el trabajo.
e) Remite al afectado a un centro sanitario siempre que la quemadura tenga más de 2 cm o afecte a ojos, manos, articulaciones o cara. z En caso de contacto eléctrico, se procederá por el siguiente orden: a) No toques a la víctima. b) Corta primero el suministro de corriente. c) Avisa a los servicios de urgencias. d) En caso de no poder cortar la corriente (baja tensión), se intentará desenganchar a la víctima utilizando cualquier elemento no conductor a nuestro alcance. e) Socorre a la víctima. Si es preciso, practícale una reanimación cardiopulmonar. f) Si la corriente es de alta tensión y no se ha podido cortar el suministro, no se intentará desenganchar a la víctima ni siquiera mediante elementos no conductores.
Tornos Antes de iniciar cualquier trabajo, tenemos que comprobar que la máquina está en orden, libre de cualquier obstáculo y que podemos trabajar en ella con toda seguridad. z Lo que primero que comprobaremos es que el plato y sus seguros contra aflojamiento estén correctamente posicionados. z La pieza que se ha de tornear deberá estar fijada correctamente y comprobar que no tenga ningún tipo de obstáculo.
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Seguridad en el trabajo z Comprobar siempre que se ha retirado del plato la llave de apriete.
Fresadoras y cepillos Fresadoras
z La palanca de bloqueo de la torreta portaherramientas tiene que estar bien apretada.
z Las correas, poleas y engranajes deben estar protegidos. También las fresas tienen que tener las protecciones adecuadas, para evitar cualquier contacto con ellas y que no llegue ningún tipo de viruta al operario. z Siempre se ha de comprobar que la fresa esté bien sujeta, así como la pieza que se está trabajando. z Es importante mantener parada la fresadora para cualquier tipo de manipulación que realicemos con ella. z Siempre mantener limpia y despejada la mesa donde estemos trabajando.
z En los trabajos que se usa el contracabezal, asegurarse de que está bien sujeto a la bancada y que todo tipo de palanca de bloqueo del husillo esté bien apretada. z Mantener siempre bien apretados los tornillos que sujetan el portaherramientas. z Todo tipo de protección de la máquina tiene que estar colocada y fijada, puesto que están para la protección del que trabaja en ella. z Siempre que se trabaje con algún material que sobresalga por detrás del cabezal, hay que señalizarlo. z Manejar con cuidado los lubricantes. z Tomar precaución con las rebabas y virutas, que pueden producir cortes, siempre poner las protecciones para evitar cualquier accidente al saltar las virutas. z En los tornos los platos deben estar protegidos con cubierta que impida la proyección de partículas o que se enganche la ropa. Nunca se deben frenar los platos con las manos. z Los dispositivos de arrastre deben utilizarse con seguridad, por ejemplo: para el torneado entre puntos, de no ser así se tienen que utilizar con un aro de seguridad, esto es importante para impedir accidentes. z Para extraer las virutas, utilizar siempre una herramienta adecuada: ganchos preparados o empujadores, nunca utilizar las manos al descubierto.
Cepillos z Con referencia a los cepillos mecánicos, al igual que con cualquier tipo de máquina, es importante mantenerlos siempre limpios de virutas y con el motor parado -mientras no trabaja-, para impedir cualquier accidente.
z En caso de tener que trabajar con la tela de esmeril hay que tener en cuenta siempre que no se enrolle en la pieza, puesto que aprisionará los dedos. Siempre que sea peligroso utilizarla, la acoplaremos a alguna herramienta con un mango adecuado impidiendo así que tengamos lesiones en los dedos. z Para limar (que no es muy aconsejable) y rectificar, siempre lo haremos a la izquierda. Al limar o comprobar medidas, la cuchilla estará protegida con un capuchón o, en su defecto, un trapo si la máquina está parada. Otra opción es soltarla del portaherramientas. z Todas las operaciones que se tengan que realizar en el torno que no sean arranque de viruta, se realizarán con la máquina parada: sujetar la pieza, cambiar la herramienta, medir, comprobar acabados, etc. Todo tipo de manipulación tiene que ser con el torno parado, es muy importante.
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Seguridad en el trabajo z Los huecos y hendiduras en las estructuras de los cepillos son peligrosos, por lo que es conveniente taparlos con algún tipo de protección ya sea de chapa, plástico, etc. z Este tipo de máquinas tiene movimiento de vaivén, por lo que es conveniente situarlas lejos de columnas y delimitar las zonas de movimiento para impedir que cualquier operario pueda ser golpeado por el brazo (carnero) o la mesa. z Por norma, en todas las máquinas herramientas es importante sujetar las piezas y herramientas con seguridad. Siempre hay que utilizar un martillo de plástico y no un martillo corriente de acero. z Antes de utilizar la máquina, comprobar que los pernos del trinquete estén bien apretados y las manivelas de ajuste retiradas. z Para los finales de carrera, en los extremos se pondrán grapas para evitar que salgan del bastidor.
Taladradoras z La pieza a trabajar debe estar bien sujeta con medios mecánicos y nunca con la mano, puesto que es muy peligroso cualquier movimiento brusco o sacudida. z Las piezas en su giro son muy afiladas y cortan como si fueran cuchillos. z Al usar bases magnéticas o mordazas, hay que sujetarlas a la mesa con bridas. z No engrasar jamás el asiento del cono Morse del husillo. Si el cono del portabrocas o de la broca lo está, limpiarlo antes de ponerlo en su alojamiento para trabajar, puesto que el aceite no permite el buen agarre del cono. z Otras normas también importantes y que ya se han remarcado en las generales, es la cuestión de la ropa y las gafas de seguridad, nunca llevar corbatas o bufandas ni ningún tipo de ropa que pueda ser cogida por el giro de las piezas o herramientas, así como el pelo recogido en caso de llevarlo largo. z Referente a las gafas de seguridad también seremos repetitivos en ello puesto que tus ojos son para toda la vida.
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z Los cambios de velocidades y en especial si es por cono-polea (correas) se realizarán con la máquina parada, exceptuando las de variador electrónico de velocidad que están preparadas para ello. z Siempre se limpiarán las mesas o piezas con cuidado, para no cortarse con las rebabas o virutas.
Herramientas de corte y broca z Cuando se utiliza alguna herramienta de corte, hay que asegurarse de que esté en perfectas condiciones. z Si la herramienta no está en condiciones, debe adecuarse a su correcto estado para su utilización con seguridad. z Un lugar correcto para cada herramienta, es lo adecuado para su conservación y la seguridad del taller.
Herramientas auxiliares z Los destornilladores siempre tienen que tener la forma adecuada para el tamaño y tipo de tornillo sobre el que se va a trabajar, de lo contrario conviene sustituirlo o adecuarlo. Esto es necesario para evitar que se deslice por el tornillo y la mano acabe chocando contra él produciéndose lesiones. z Los alicates y mordazas también deben utilizarse adecuadamente para el trabajo a realizar. Existen diferentes modelos y medidas para las distintas operaciones. También debemos asegurarnos de que estén aislados cuando se usen para elementos donde es posible el paso de la electricidad. z Para las tuercas siempre utilizar -si es posible- llaves fijas (planas, estrella, tubo, vaso...), de esta manera se evitará estropear las tuercas y/o hacerse daño en los dedos o nudillos. z No utilizar nunca dos llaves para hacer mayor palanca puesto que es una práctica peligrosa e imprudente. Para alargar el brazo de la palanca tampoco se utilizarán tubos, excepto en casos extraordinarios y después de disminuir la resistencia de la tuerca con calor, con grasa o un líquido adecuado para ello indicado por fabricantes.
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Seguridad en el trabajo z En algunos casos especiales se tendrá que golpear con el martillo. Para ello hay que utilizar llaves adecuadas y fabricadas para este cometido: son llaves de martillo o para trabajar con golpes.
ni roto, ni astillado. De ello depende el trabajo y la seguridad, puesto que de lo contrario tendremos sorpresas desagradables.
z Las herramientas más delicadas como los rayadores o puntas de señalar, compases de puntas, gramiles, etc., es conveniente guardarlas después de haber sido utilizadas en sus estuches, de esta manera su duración será más larga. z Mención aparte corresponde a todo el herramental de medición: pies de rey, micrómetro, comparadores, bloques, calibres de límites, rugosímetros, durómetros, etc. Bajo ningún concepto se utilizarán para otro cometido que no sea el estipulado y siempre estarán guardados en su alojamiento en perfecto estado de limpieza y conservación.
z En los trabajos de cincelado o burilado, tenemos que dirigir la atención al filo y no a la cabeza del martillo, de esta manera evitaremos golpes en las manos. z No trabajar nunca con las manos engrasadas.
Trabajos en banco de ajuste
z En los trabajos de montaje y desmontaje de rodamientos o piezas templadas, jamás utilizar un buril o cincel para golpear sobre ellos, por ejemplo: los aros del rodamiento. Para ello existen los botadores de material más blando, puesto que una astilla minúscula que salte y se clave puede ocasionar graves problemas. z Tener siempre el puesto de trabajo en orden. Nunca debe haber piezas por el suelo ni suciedad alguna: el suelo tiene que estar libre de aceite, grasa o herramientas, puesto que es sumamente peligroso. La limpieza del suelo es seguridad para todos. z La iluminación también es un tema importante. Un puesto de trabajo bien iluminado y con buen ambiente es lo adecuado.
z En los trabajos que se precise el uso de limas, los mangos ya sean de madera o de plástico, tienen que estar siempre en buen estado. Asegurarse siempre de que están bien colocados en su sitio, ni torcidos, ni poco metidos, ni flojos. z Siempre utilizar las gafas de seguridad cuando se trabaja con el cincel o buril y colocar una mampara para seguridad de los compañeros. z El cincel o el buril debe estar limpio y seco, comprobar siempre que su cabeza esté sin rebabas, de lo contrario repasarla con la muela todo lo necesario para poder trabajar bien. z Otro elemento como el martillo tiene que tener el mango bien sujeto y que esté en perfectas condiciones:
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Seguridad en el trabajo
Electroesmeriladoras z Incluso siendo conscientes de ser repetitivos: nunca trabajes sin las gafas. z La muela o piedra de esmeril tiene que estar bien montada, de lo contrario es un peligro muy serio. Tiene que tener su correspondiente protección, así como sus platinas de diámetro adecuado. z Una muela que gira descentrada o cuyo apoyapiezas está mal colocado, puede ser causa de rotura de la muela y acuñamiento de la pieza: cualquiera de ellos provoca un grave peligro cuyos resultados pueden ser nefastos.
Soldaduras z La elevada potencia explosiva del acetileno y el gran poder comburente del oxígeno pueden ser causa de accidentes, aparte de las quemaduras. Hay que investigar las posibles fugas de acetileno con agua de jabón, nunca con una llama. Se deben emplear abrazaderas adecuadas para la fijación de las mangueras a los racores de los aparatos. z Siempre hay que usar las válvulas antirretorno y asegurarse de su funcionamiento. Otro tema a tener en cuenta es referente a los aparatos de conducción de oxígeno, deben estar limpios de todo tipo de grasas de lo contrario la oxidación rápida produce la combustión espontánea. z Aunque las botellas de oxígeno sean robustas, sus válvulas son delicadas, así como las llaves, por lo que es necesario evitar cualquier caída o golpe. z Las botellas de oxígeno y acetileno siempre tienen que protegerse de lugares calurosos, así como de los rayos solares directos, ya que pueden aumentar la presión del gas, aumentando su peligro. z Deben estar siempre a una distancia de tres o más metros del puesto de trabajo y a una gran distancia de los aparatos de soldadura por arco, así como de las muelas de esmeril, puesto que una sola chispa puede dar lugar a un accidente. z También deben estar lejos de focos de calor intenso, como hornos, fraguas, etc.
z Los tubos para la extracción del polvo resultante de las operaciones de afilado no deben estar perforados, puesto que entonces su efecto es nulo, así como el depósito de acumulación. También debe estar en perfecto funcionamiento el motor de extracción. z Lo importante en estas situaciones es avisar siempre a quien proceda.
Forjado z Los accidentes más frecuentes en el forjado son los debidos al empleo de malas herramientas o utilizarlas inadecuadamente. z Los martillos tienen que estar en buen estado y bien sujetos sus mangos. Las herramientas con las que se golpea deben tener las cabezas sin rebabas. z Cada tenaza debe tener la boca adecuada para lo que se tiene que sujetar. Si el trabajo es prolongado, los brazos de las tenazas hay que sujetarlos con una argolla, para que las mantenga cerradas con fuerza. z Lo adecuado para evitar accidentes al dar golpes en falso es apoyar bien la pieza. Siempre tener la precaución de comprobar la temperatura de las piezas antes de cogerlas con las manos.
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z Si en alguna circunstancia se produce un escape de gas acetileno y sobreviene el fuego, no hay que apagarlo con agua, sino con un extintor apropiado e indicado por el fabricante, o bien echando arena o tapando con tela, por ejemplo: sustituto del amianto. z Las gafas son necesarias para trabajar con el soplete. Tienen que tener cristales protectores de los rayos infrarrojos y ultravioletas. También son necesarias para quitar escorias, pero esta vez con cristales blancos. Las gafas de doble cristal son muy apropiadas, pero deben conservarse siempre en buen estado. z Los rayos ultravioletas son más peligrosos en la soldadura eléctrica, por lo que las caretas deben proteger los ojos de la luz directa y de los reflejos laterales, para que protejan también la piel. El trabajo prolongado sin la protección adecuada puede producir serias lesiones como eccemas, quemaduras en la cara, lesiones oculares irreversibles, etc. z Referente a la indumentaria de trabajo se deben emplear petos de cuero o de sustituto del amianto, guantes y polainas, evitando todo tipo de fibras sintéticas, ya que cualquier chispa prende muy rápido en ellas produciendo combustión, lo cual es muy peligroso. z Es muy conveniente y necesario tener aspiradores y una buena ventilación para extraer los gases que se producen y que también son peligrosos. z Siempre es adecuado cumplir estas normas, para evitarte peligros a ti y a tus compañeros.
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Seguridad en el trabajo
Bloque 3. Reglamento de seguridad en máquinas RD 1495/86 de 26 de mayo, por el que se aprueba el reglamento de seguridad en las máquinas. El convenio 119, de la Organización Internacional del Trabajo, relativo a la protección de la maquinaria, fue ratificado por España y publicado en el Boletín Oficial del Estado de 30 de noviembre de 1972, formando parte, en consecuencia, del derecho interno español. La puesta en práctica de los criterios contenidos en tal convenio, dirigidos a prevenir los riesgos derivados de la utilización de maquinarias, en los centros de trabajo, determina la necesidad de que, mediante la correspondiente norma complementaria se establezcan los requisitos y procedimientos que permitan una mayor seguridad en la utilización de maquinarias. A tal fin, se constituyó un grupo de trabajo, formado por técnicos de la administración y representaciones de los sectores implicados en estas cuestiones, con el objeto de elaborar el correspondiente reglamento. En el mismo sentido, se tuvo en cuenta el convenio número 155 de la OIT; esta norma busca incrementar la protección de los ciudadanos en general, y de los trabajadores en particular, como sujetos sometidos de forma más acusada a los riesgos derivados de la utilización de maquinarias, trayendo por tanto la misma su causa, tanto de la normativa General de Protección y Defensa de los Consumidores y Usuarios, como de la normativa laboral en sentido estricto. En cualquiera de ambos sentidos, la norma se inscribe en la línea de política prevencionista de evitar los riesgos en su origen, de ahí que se insista en aspectos como la homologación de la maquinaria, como requisito para su instalación, funcionamiento, mantenimiento o reparación. Al igual que en otros Reglamentos de Seguridad, se sigue el sistema de fijar unas normas de carácter general, que serán completadas y desarrolladas por instrucciones técnicas complementarias (ITC) referidas a las normas específicas exigibles a cada tipo de máquina; de ahí que se incluyan en este reglamento, unas reglas comunes de seguridad, aplicables de modo general a todo tipo de maquinaria, con la previsión de publicación de sucesivas ITC, referidas a cada uno de los distintos tipos de máquinas existentes en el mercado. En su virtud, consultadas las organizaciones sindicales y empresariales más representativas, a propuesta de los Ministerios de Industria y Energía, y del de Trabajo y Seguridad Social, y previa deliberación del Consejo de Ministros, en su reunión del dia 23 de mayo de 1986, dispongo: Artículo 1. Se aprueba el adjunto reglamento de Seguridad en las Máquinas. Artículo 2. Se autoriza a los Ministerios de Industria y Energía, y Trabajo y Seguridad Social, para elaborar las disposiciones y normas necesarias para el mejor desarrollo de las establecidas en este Real Decreto, a efectos de la aprobación por el Ministerio de la Presidencia del Gobierno, a propuesta de los dos ministerios citados, de instrucciones técnicas complementarias. Artículo 3. Este reglamento entrará en vigor a los seis meses de su publicación en el Boletín Oficial del Estado.
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DISPOSICIÓN ADICIONAL Se autoriza al Ministerio de Industria y Energía para que mediante resolución del centro directivo competente en materia de seguridad industrial, en atención al desarrollo tecnológico, a petición de la parte interesada, y previo informe del Consejo superior de dicho departamento y del Ministerio de Trabajo y Seguridad Social, pueda establecer, para casos determinados, con carácter general y provisional, prescripciones técnicas diferentes de las previstas en las ITC de este reglamento. Dado en Madrid, 26 de mayo de 1986. Juan Carlos R. El Ministro de la Presidencia, Javier Moscoso del Prado y Muñoz CAPÍTULO I. Objeto y campo de aplicación. Artículo 1. Objeto. 1. El presente reglamento tiene por objeto establecer los requisitos necesarios para obtener un nivel de seguridad suficiente, de acuerdo con la práctica tecnológica del momento, a fin de preservar a las personas y a los bienes de los riesgos derivados de la instalación, funcionamiento, mantenimiento y reparación de las máquinas. 2. Se entiende por máquina cualquier medio técnico con una o más partes móviles, capaz de transformar o transferir energía, movido por una fuente de energía que no sea la fuerza humana. 3. Las obligaciones impuestas en esta norma para los usuarios, cuando deban ser ejecutadas por quienes actúen como empresarios de acuerdo con el artículo 1 del estatuto de los trabajadores en el ámbito de las relaciones laborales, tendrán la consideración de deberes empresariales en materia de seguridad e higiene, de acuerdo con los artículos 42.D) y 19 del precitado estatuto de los trabajadores. A efectos de lo dispuesto en el párrafo anterior, para la puesta en práctica de este reglamento serán aplicables las disposiciones del ordenamiento laboral en materia de vigilancia del cumplimiento de normas, participación de los trabajadores y sus representantes y responsabilidades y obligaciones empresariales. Artículo 2. Campo de aplicación. 1. El campo de aplicación del presente reglamento se extiende a todas aquellas máquinas, fabricadas o importadas a partir de la entrada en vigor del presente Real Decreto, con capacidad potencial de producir daño a las personas y/o a los bienes, en las condiciones que se establecen en las correspondientes instrucciones técnicas complementarias (ITC). 2.
En el anexo de este reglamento se relacionan las máquinas y actividades que constituyen su campo de aplicación. Dicha relación no se considera exhaustiva pudiéndose incluir por Orden del Ministerio de la Presidencia del Gobierno a propuesta de los Ministerios de Industria y Energía, y de Trabajo y Seguridad social cualquier otra máquina acorde con la definición dada.
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Seguridad en el trabajo 3. Aquellas máquinas para las que exista actualmente vigente una normativa específica que incluya la seguridad, se seguirán rigiendo por la misma hasta que sean incorporadas al presente reglamento.
por el Real Decreto 2584/1981, de 18 de septiembre, por el que se aprueban las actuaciones del Ministerio de Industria y Energía en el campo de la normalización y homologación y su modificación según Real Decreto 734/1985, de 20 de febrero.
CAPÍTULO II. Acreditación del cumplimiento de las normas de Seguridad.
4. Las ITC de este reglamento indicarán las pruebas y ensayos que deban efectuarse en cada caso.
Artículo 3. Formas de acreditación. 1. El fabricante de una nueva máquina o elemento de máquina será responsable de que al salir de fábrica cumpla las condiciones necesarias para el empleo previsto. 2. El cumplimiento de las exigencias de este reglamento y sus ITC se podrán atestiguar por alguna de las formas siguientes: a) por auto certificación del fabricante, b) mediante certificado extendido por una entidad colaboradora, o por un laboratorio o por ambos acreditados por el MINER, después de realizar un previo control técnico sobre la máquina o elemento de que se trate, c) mediante la correspondiente homologación realizada por el centro directivo del Ministerio de Industria y Energía competente en Seguridad industrial de acuerdo con lo indicado en el artículo siguiente, d) por otros medios que se determinen oportunamente. En cada una de las ITC se indicará qué formas de acreditación se exigirán para cada tipo de máquina o elemento de máquina.
5. A la documentación que establece el inciso c) del apartado 5.2.3 del reglamento, a que se refiere el Real Decreto mencionado en el párrafo anterior, se agregará la siguiente: ficha técnica extendida por triplicado con las hojas UNE A-4 necesarias para definir el tipo en las cuales se incluirán el nombre y dirección del fabricante, características esenciales, dimensiones principales, secciones, vistas exteriores, elementos de seguridad, variantes que comprende y cualquier otro dato que contribuya a la identificación del tipo que se pretenda homologar. Artículo 5. Conformidad de la producción. Las ITC de este reglamento podrán establecer que se efectúe un seguimiento de la producción a efectos de comprobar que los productos homologados siguen cumpliendo las condiciones que sirvieron de base a la homologación. En dicho caso la conformidad de la producción se realizará de acuerdo con lo establecido en el capítulo 6 del reglamento aprobado por Real Decreto 2584/1981 y modificación del mismo antes mencionado, indicándose en cada ITC la periodicidad que corresponda. Artículo 6.
3. Hasta tanto sea publicada la correspondiente ITC, se justificará el cumplimiento de las exigencias de este reglamento mediante la presentación de una autocertificación extendida por el fabricante nacional o extranjero, en la que se acredite el cumplimiento de la reglas Generales de Seguridad a que se refiere el capítulo VII de esta normativa.
Cuando se apruebe por el órgano territorial competente de la administración pública que la utilización de un tipo homologado resulta manifiestamente peligrosa, podrá ordenar cautelarmente la puesta fuera de servicio de máquinas o elementos de máquinas en que se haya puesto de manifiesto la situación peligrosa, e iniciar seguidamente expediente de cancelación de su homologación, elevando la correspondiente propuesta al centro directivo competente del Ministerio de Industria y Energía, el cual podrá cancelar la homologación de que se trate.
No obstante, el Ministerio de Industria y Energía, en razón de las especiales características de la máquina de que se trate, podrá exigir además alguno de los medios de prueba previstos en el punto 2 anterior. En el caso de fabricante extranjero, el certificado deberá ser legalizado por el representante consular español en el país de origen, y presentado por el importador a requerimiento de la administración competente.
Se seguirán para ello las normas previstas en la Ley de Procedimiento Administrativo. Cuando, como consecuencia de su actuación, la inspección de Trabajo y Seguridad Social tuviese conocimiento de situaciones que pudieran dar lugar a la adopción de las medidas previstas en este artículo y en el artículo 17.3 de esta norma, lo pondrá en conocimiento del centro directivo competente del Ministerio de Industria y Energía.
Artículo 4. Homologación.
Artículo 7. Modificaciones.
1. Las instrucciones técnicas complementarias determinarán las máquinas, elementos de máquinas o sus sistemas de protección que será necesario homologar antes de proceder a su fabricación o importación. 2. En estos casos se prohíbe la fabricación para el mercado interior y la venta, importación o instalación en cualquier parte del territorio nacional de las máquinas, elementos o sistemas de protección que no correspondan a tipos ya homologados o carezcan de la documentación acreditativa de haberse efectuado en los mismos la conformidad de la producción a que se refiere el artículo quinto. 3. La homologación se llevará a efecto de acuerdo con lo establecido en el capítulo V del reglamento aprobado
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1. Las modificaciones que se deseen introducir por el fabricante en un tipo homologado se harán de acuerdo con lo dispuesto en la sección 4 del capítulo 5, puntos 5.4.1, 5.4.2 y 5.4.3 del ya mencionado reglamento a que se refiere el Real Decreto 2584/1981. 2. Las modificaciones de las máquinas, elementos y sistemas de protección regulados por el presente reglamento, que se pretendan realizar por los usuarios de las mismas, estén sujetas a homologación o no, siempre que incidan sobre las especificaciones establecidas en la correspondiente ITC, deberán comunicarse por dichos usuarios al órgano territorial competente de la administración pública.
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Seguridad en el trabajo 2.1. La citada comunicación irá acompañada de una memoria en la que se describan las modificaciones que se deseen introducir y su incidencia sobre la seguridad de la máquina, elemento o sistema de seguridad que se pretende modificar. 2.2. El órgano territorial competente de la administración pública resolverá si con ello se disminuye o no el nivel de seguridad exigido por la ITC que corresponda. Para ello podrá solicitar el dictamen del órgano o entidad habilitada para ello. 2.3. Si se considera que la modificación no reduce el nivel de seguridad exigido, se notificará así al interesado. En caso contrario no se podrá llevar a efecto la modificación proyectada, lo cual será igualmente notificado al interesado. 2.4. Para las modificaciones que, no incidiendo sobre las características y especificaciones fijadas en la correspondiente ITC, si afecten a la identificación de la máquina bastará una nueva comunicación de los usuarios. CAPÍTULO III. Obligaciones de los fabricantes, importadores, proyectistas, reparadores, instaladores, conservadores y usuarios. Artículo 8. Fabricantes e importadores. 1. Las ITC de este reglamento podrán exigir a los fabricantes nacionales e importadores el cumplimiento de determinadas prescripciones técnicas y la posesión de un mínimo de medios para el cumplimiento de dichas condiciones. 2. Los fabricantes nacionales deberán estar inscritos en el registro industrial del órgano territorial competente de la administración pública. 3. Los citados fabricantes e importadores, además de las obligaciones que se indiquen en las ITC, tendrán las siguientes: a) Llevarán un registro de las máquinas o elementos de máquinas que fabriquen o importen. En dicho registro deberá consignarse la factoría donde se ha construido la máquina o elemento de máquina, la partida a que corresponde y la fecha de su fabricación. b) Se responsabilizarán de que los productos fabricados o importados por ellos cumplen las condiciones reglamentarias. c) Cada máquina o elemento de máquina irá acompañado de las correspondientes instrucciones de montaje, uso y mantenimiento a que se refiere en el artículo 15, así como de las medidas preventivas de accidentes. Artículo 9. Proyectistas. Tendrán como obligaciones generales, además de las particulares que se fijen en cada ITC, las siguientes: a) Definir de forma correcta y precisa el producto industrial, haciendo constar: los datos básicos de partida, especificación de materiales, desarrollo de los cálculos que se señalen en cada normativa y pruebas y controles
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que deban realizarse, poniendo de manifiesto que el proyecto cumple la legislación vigente y, en especial, todo lo relativo a las normas y elementos de seguridad. b) Si se trata de empresa de ingeniería, deberá justificar estar inscrita en el registro de sociedades de ingeniería y consultoras. c) Si se trata de empresa de ingeniería extranjera, deberá tener autorizado el correspondiente contrato de asistencia técnica suscrito con el fabricante o con alguna empresa de ingeniería española. Artículo 10. Reparadores. 1. Deberán estar inscritos como tales en el órgano territorial competente de la administración pública, para lo cual deberán cumplir, además de las que se prescriben en las distintas ITC, las siguientes obligaciones: a) Responsabilizarse de que las reparaciones efectuadas por los mismos cumplan las condiciones exigidas en los reglamentos de seguridad. b) Disponer de los medios técnicos adecuados que se señalen en la ITC correspondiente. c) Relacionar documentalmente los trabajos efectuados. 2. Ninguna reparación podrá modificar el diseño básico en cuanto se refiere a condiciones de seguridad del elemento reparado, sin justificación previa y autorización, en su caso, del órgano territorial competente de la administración pública. Todas las empresas fabricantes quedarán automáticamente inscritas como empresas reparadoras. Artículo 11. Instaladores. Sin perjuicio de las atribuciones específicas concedidas por el Estado a los técnicos titulados, las instalaciones podrán ser realizadas por personas físicas o jurídicas que acrediten cumplir las condiciones requeridas en cada ITC para ejercer como instaladores autorizados, en todo caso, estar inscritos en el órgano territorial competente de la administración pública, para lo cual cumplirá, como mínimo, los siguientes requisitos: a) Poseer los medios técnicos y humanos que se especifiquen en cada ITC. b) Tener cubierta la responsabilidad civil que pueda derivarse de su actuación mediante la correspondiente póliza de seguros. c) Responsabilizarse de que la ejecución de las instalaciones se efectúa de acuerdo con las normas reglamentarias de seguridad y que han sido efectuadas con resultado satisfactorio las pruebas y ensayos exigidos. Artículo 12. Conservadores. Los conservadores que podrán ser personas físicas o jurídicas, deberán estar inscritos en el órgano territorial competente de la administración pública y tendrán como obligaciones, además de las que se exijan en las distintas ITC, las siguientes: a) Poseer los medios técnicos y humanos que se especifiquen en cada ITC. b) Responsabilizarse de que los equipos o instalaciones que les sean encomendados cumplen en todo momento
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Seguridad en el trabajo las condiciones de funcionamiento seguro, efectuado aquellas revisiones que sean prescritas reglamentariamente y estando a disposición del usuario para atender las revisiones que pudieran presentarse o para las que sea requerido. c) Interrumpir el funcionamiento de cualquier máquina que presente anomalías cuando éstas supongan riesgos de accidente hasta que se efectúe la necesaria reparación, comunicándolo inmediatamente a su titular. d) Comunicar por escrito al titular de la instalación o del equipo de que se trate las reparaciones que considere necesarias, así como el plazo en que deben efectuarse cuando se presenten anomalías que, sin suponer un riesgo inminente, puedan suponer un riesgo potencial. e) Tener cubierta la responsabilidad civil que pueda derivarse de su actuación mediante la correspondiente póliza de seguros. f) Las incidencias comprendidas en los incisos d) y e) anteriores se comunicarán, así mismo, al órgano territorial competente de la administración pública, que adoptará las decisiones que estime convenientes, previa audiencia del interesado, pudiendo llegar incluso al cierre de las instalaciones en tanto no sean subsanadas las citadas deficiencias. Artículo 13. Usuarios. 1. Los usuarios de máquinas o elementos incluidos en este reglamento están obligados a no utilizar más que aquellos que cumplan las especificaciones establecidas en el mismo. Con dicho objeto antes de adquirirlas deberán exigir al vendedor, importador o cedente una justificación de que están debidamente homologados o, en otro caso, certificado que cumplen las especificaciones exigidas por este reglamento y sus ITC. Además, tendrán las siguientes obligaciones: a) Mantener, o en su caso, contratar el mantenimiento de las máquinas de que se trate, de tal forma que se conserven las condiciones de seguridad exigidas. b) Impedir su utilización, cuando, directa o indirectamente, tenga conocimiento de que no ofrecen las debidas garantías de seguridad para las personas o los bienes. c) Responsabilizarse de que las revisiones e inspecciones reglamentarias se efectúan en los plazos fijados. d) Conservar las instrucciones a que se refiere el artículo 15 y demás documentos o certificados exigidos. 2. Los usuarios podrán instalar, reparar y conservar sus máquinas si poseen medios humanos y materiales necesarios para ello, en los términos que establezca la correspondiente ITC. CAPÍTULO IV. Identificación de la máquina e instrucciones de uso. Artículo 14. Placas, etiquetas e instrucciones de uso. 1. Toda máquina, equipo o sistema de protección incluido en este reglamento y sus ITC debe ir acompañado de unas instrucciones de uso extendidas por el fabricante o importador, en las cuales figuraran las especificaciones
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de manutención, instalación y utilización, así como las normas de seguridad y cualesquiera otras instrucciones que de forma específica sean exigidas en las correspondientes ITC. 2. Estas instrucciones incluirán los planos y esquemas necesarios para el mantenimiento y verificación técnicos, estarán redactadas al menos en castellano, y se ajustarán a las normas UNE que les sean de aplicación. 3. Llevarán, además, una placa en la cual figurarán como mínimo los siguientes datos, escritos al menos en castellano: nombre del fabricante, año de fabricación y/o suministro, tipo y número de fabricación, potencia en kw, contraseña de homologación, si procede. Estas placas serán hechas de materiales duraderos y se fijarán sólidamente, procurándose que sus inscripciones sean fácilmente legibles una vez esté la máquina instalada. CAPÍTULO V. Instalación y puesta en servicio. Artículo 15. La instalación de las máquinas, elementos o sistemas de protección incluidos en este reglamento, requerirá, cuando lo especifique la ITC correspondiente, la presentación de un proyecto ante el órgano territorial competente de la administración pública, siguiéndose para ello el procedimiento establecido en el Real Decreto 2135/1980, de 26 de septiembre, que regula la liberación en materia de instalación, ampliación y traslado de industrias. Artículo 16. La puesta en funcionamiento se efectuará igualmente de acuerdo con lo previsto en el Real Decreto 2135/1981, mencionado en el artículo anterior, no precisando otro requisito que la presentación ante el órgano territorial competente de la administración pública de un certificado expedido por técnico competente en el que se ponga de manifiesto la adaptación de la obra al proyecto y cumplimiento de las condiciones técnicas y prescripciones establecidas por este reglamento y sus ITC. CAPÍTULO VI. Inspecciones y revisiones periódicas. Artículo 17. 1. Las instrucciones técnicas complementarias especificarán las inspecciones con carácter oficial exigidas para cada tipo de máquinas y las revisiones no oficiales, necesarias para comprobar que siguen conservándose las condiciones de seguridad. 2. Las inspecciones de carácter oficial se llevarán a efecto por el órgano territorial competente de la administración pública, o si éste así lo establece, por una entidad colaboradora en el campo de la seguridad industrial, pero en todo caso los certificados de inspección serán emitidos por el órgano territorial de la administración pública, a la vista de las actas de revisión extendidas por dichas entidades y después de la supervisión de las mismas. 3. Si como resultado de las inspecciones a que se refiere el apartado anterior, se observará un peligro manifiesto o un excesivo riesgo potencial, el órgano territorial competente de la administración pública adoptará las
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Seguridad en el trabajo medidas necesarias para eliminar o reducir dicho peligro o riesgo, pudiendo llegar hasta la paralización de la máquina de que se trate en tanto no sean subsanadas dichas deficiencias, para lo cual requerirá al titular de la misma a fin de que realice los trabajos necesarios. 4. El órgano territorial competente de la administración pública llevará un registro de máquinas sujetas a inspecciones oficiales periódicas con los datos fundamentales en cada una, inspecciones efectuadas e incidencias surgidas en su funcionamiento, pudiendo contar para ello con la ayuda de las entidades colaboradoras en el Campo de la Seguridad industrial. 5. Deberá por otra parte quedar constancia, en la Industria y que están instaladas las máquinas, de las revisiones no oficiales exigidas por la ITC con indicación del técnico que las ha llevado a efecto y de sus resultados. CAPÍTULO VII. Reglas Generales de Seguridad.
Artículo 25. Caídas de las personas a distinto nivel. Las áreas de trabajo o zonas donde sea necesaria la visita de personal para efectuar operaciones tales como inspección, regulación o mantenimiento y que estén a un nivel superior al del suelo y entrañen peligro en caso de caída estarán provistos de plataformas de trabajo, con accesos adecuados, dotados ambos con sistemas de protección que impidan la caída. Artículo 26. Las superficies de las máquinas que puedan producir daños a las personas por contacto directo con ellas debidos a su elevada o baja temperatura, deberán estar adecuadamente protegidas. Artículo 27. En las máquinas o aparatos destinados al trabajo de productos o materiales que produzcan gases, vapores, polvos o residuos inflamables, deben tomarse las medidas necesarias para evitar incendios o explosiones.
Artículo 18.
Artículo 28. Proyección de líquidos, partículas, gases o vapores.
Independientemente de las exigencias de seguridad que se incluyan en las ITC de este reglamento, las máquinas y elementos de máquinas incluidos en el mismo cumplirán las reglas generales de seguridad que se indican en los artículos siguientes.
Se tomarán las medidas adecuadas para evitar que la proyección de líquidos, gases, vapores o sólidos pueda producir daños a las personas.
Artículo 19.
Artículo 29. Sujeción de las piezas a trabajar.
Las máquinas, elementos constitutivos de éstas o aparatos acoplados a ellas estarán diseñados y construidos de forma que las personas no estén expuestos a sus peligros cuando su montaje, utilización y mantenimiento se efectúan conforme a las condiciones previstas por el fabricante.
Las piezas a trabajar deberán estar convenientemente sujetas, de forma que al funcionar la máquina la falta de sujeción de las mismas o del propio elemento de sujeción no pueda dar lugar a daños a las personas.
Artículo 20. Roturas en servicio.
Los elementos móviles de las máquinas y de los aparatos utilizados para la transmisión de energía o movimiento deben concebirse, construirse, disponerse o protegerse de forma que prevengan todo peligro de contacto que pueda originar accidentes.
Las diferentes partes de las máquinas, así como sus elementos deben poder resistir a lo largo del tiempo los esfuerzos a que vayan a estar sometidos, así como cualquier otra influencia externa o interna que pueda presentarse en las condiciones normales de utilización previstas. Artículo 21. Sujeción de ciertas partes de la máquina.
Artículo 30. Órganos de transmisión.
Artículo 31. Elementos de trabajo y piezas móviles.
Cuando existan partes de la máquina cuya pérdida de sujeción pueda dar lugar a peligros, deberán tomarse precauciones adicionales para evitar que dichas partes puedan incidir sobre las personas.
Siempre que sea factible, los elementos móviles de las máquinas o aparatos que ejecutan el trabajo y, en su caso, los materiales o piezas a trabajar, deben concebirse, construirse, disponerse y o mandarse de forma que no impliquen peligro para las personas.
Artículo 22. Rotura o proyección de fragmentos de elementos giratorios.
Artículo 32. Máquinas o parte de ellas que trabajen interdependiente.
En las máquinas provistas de elementos giratorios cuya rotura o desprendimiento pueda originar daños, deberá montarse o dotarse de un sistema de protección complementario que retenga los posibles fragmentos impidiendo su incidencia sobre las personas.
Cuando la instalación está constituida por un conjunto de máquinas o una máquina está formada por diversas partes que trabajan de forma interdependiente, y es necesario efectuar pruebas individuales del trabajo que ejecutan dichas máquinas o algunas de sus partes, la protección general del conjunto se hará sin perjuicio de que cada máquina o parte de ella disponga de un sistema de protección adecuado.
Artículo 23. Caídas de las máquinas o partes de éstas por pérdida de estabilidad. Para evitar la pérdida de estabilidad de la máquina, especialmente durante su funcionamiento normal, se tomarán las medidas técnicas adecuadas, de acuerdo con las condiciones de instalación y de utilización previstas por el fabricante. Artículo 24. Aristas agudas o cortantes. En las partes accesibles de las máquinas no deberán existir aristas agudas o cortantes que puedan producir heridas.
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Artículo 33. Máquinas que pueden ser utilizadas o mandadas de diversas formas. Cuando la máquina esté diseñada para ser utilizada o mandada de diferentes maneras, y sea necesario un sistema de protección diferente, para cada forma de utilización o mando deberá estar dotada con los sistemas de protección adecuados a las diferentes formas de utilización o mando previstas por el fabricante.
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Seguridad en el trabajo Artículo 34. Alimentación por energía eléctrica. Las máquinas alimentadas con energía eléctrica deberán proyectarse, construirse, equiparse, mantenerse y, en caso necesario, dotarse de adecuados sistemas de protección de forma que se prevengan los peligros de origen eléctrico. Artículo 35. Fugas de gases o líquidos sometidos a presión. Las máquinas y aparatos o sus partes, sometidos a presión (tuberías, juntas, bridas, racores, elementos de mando u otras), estarán diseñados, construidos y, en su caso, mantenidos, de forma que, teniendo en cuenta las propiedades físicas o químicas de los gases o líquidos sometidos a presión, se eviten daños a las personas por fugas o roturas. Artículo 36. Agentes físicos y químicos. 1. Las máquinas o aparatos en los que durante su trabajo normal se produzcan emisiones de polvo, gases o vapores que puedan ser perjudiciales para la salud de las personas, deberán ir provistos de sistemas eficaces de captación de dichos contaminantes acoplados a sistemas de evacuación de los mismos. 2. Las máquinas o aparatos capaces de emitir radiaciones ionizantes u otras que puedan afectar a la salud de las personas estarán provistas de sistemas de protección eficaces. 3. Las máquinas deberán diseñarse, construirse, montarse, protegerse y, en caso necesario, mantenerse para amortiguar los ruidos y las vibraciones producidos a fin de no ocasionar daños para la salud de las personas. En cualquier caso, se evitará la emisión por las mismas de ruidos de nivel superior a los límites establecidos por la normativa vigente en cada momento. Artículo 37. Diseño y construcción de las máquinas atendiendo a criterios ergonómicos. Las máquinas o aparatos estarán diseñados y construidos atendiendo a criterios ergonómicos, tales como, la concepción de: a) espacio de trabajo y medios de trabajo, b) ambiente de trabajo, c) procesos de trabajo. Artículo 38. Puesto de mando de las máquinas. Los puestos de mando de las máquinas deben ser fácilmente accesibles para los trabajadores, y estar situados fuera de toda zona donde puedan existir peligros para los mismos. Desde dicha zona y estando en posición de accionar los mandos, el trabajador debe tener la mayor visibilidad posible de la máquina, en especial de sus partes peligrosas. Artículo 39. Puesta en marcha de las máquinas. 1. La puesta en marcha de la máquina sola será posible cuando estén garantizadas las condiciones de seguridad para las personas y para la propia máquina. 2. La puesta en marcha de la máquina si puede implicar peligro, sólo será posible por una acción voluntaria del operador sobre los adecuados órganos de marcha. Si se trata de máquinas de funcionamiento automático deberá dotarse a las mismas de suficientes elementos de seguridad.
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3. Los órganos de puesta en marcha deben ser fácilmente accesibles para los trabajadores, estar situados lejos de zonas de peligro, y protegidos de forma que se eviten accionamientos involuntarios. 4. Si una máquina se para aunque sea momentáneamente por un fallo en su alimentación de energía, y su puesta en marcha inesperada pueda suponer peligro, no podrá ponerse en marcha automáticamente al ser restablecida la alimentación de energía. 5. Si la parada de una máquina se produce por la actuación de un sistema de protección, la nueva puesta en marcha sólo será después de restablecidas las condiciones de seguridad y previo accionamiento del órgano que ordena la puesta en marcha. 6. Las máquinas o conjunto de ellas en que desde el puesto de mando no puede verse su totalidad y pueden suponer peligro para las personas en su puesta en marcha, se dotarán de alarma adecuada que sea fácilmente perceptible por las personas. Dicha alarma actuando en tiempo adecuado procederá a la puesta en marcha de la máquina y se conectará de forma automática al pulsar los órganos de puesta en marcha. Artículo 40. Desconexión de la máquina. En toda máquina debe existir un dispositivo manual que permita al final de su utilización su puesta en condiciones de la mayor seguridad (máquina parada). Este dispositivo debe asegurar en una sola maniobra la interrupción de todas las funciones de la máquina, salvo que la anulación de alguna de ellas pueda dar lugar a peligro para las personas, o daños a la máquina. En este caso tal función podrá ser mantenida o bien diferida su desconexión hasta que no exista peligro. Artículo 41. Parada de emergencia. Toda máquina que pueda necesitar ser parada lo mas rápidamente posible, con el fin de evitar o minimizar los posibles daños, deberá estar dotada de un sistema de paro de emergencia. Este sistema estará colocado como mínimo en las máquinas sujetas a las siguientes condiciones: z cuando estando el trabajador en una zona de peligro, el mando ordinario de paro del elemento que produce el peligro no pueda alcanzarse rápida y fácilmente por el mismo, z cuando la máquina no pueda ser suficientemente vigilada desde el puesto de mando, z cuando ante una emergencia pueda ser necesario un paro más enérgico distinto del ordinario, z cuando la parada accidental de una máquina funcionando dentro de un conjunto interdependiente pueda originar peligro para las personas o daños a las instalaciones, o z cuando el conjunto no pueda pararse accionando un único elemento fácilmente accesible. En todo caso la parada de emergencia no supondrá nuevos riesgos para las personas. Artículo 42. Prioridad de las órdenes de paros sobre las de marcha. La acción mantenida sobre los órganos de puesta en marcha no debe en ningún caso oponerse a las órdenes de parada.
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Seguridad en el trabajo Artículo 43. Selectores de los diversos modos de funcionamiento o de mando de una máquina. Los selectores de las máquinas que puedan trabajar o ser mandadas de diversas formas, deben poder ser bloqueadas con la ayuda de llaves o herramientas apropiadas, en cada posición elegida. A cada posición del selector no debe corresponder más que una sola forma de mando o funcionamiento. Artículo 44. Mantenimiento, ajuste, regulación, engrase, alimentación u otras operaciones a efectuar en las máquinas. Las máquinas deberán estar diseñadas para que las operaciones de verificación, reglaje, regulación, engrase o limpieza se puedan efectuar sin peligro para el personal, en lo posible desde lugares fácilmente accesibles, y sin necesidad de eliminar los sistemas de protección. En caso de que dichas operaciones u otras tengan que efectuarse con la máquina o los elementos peligrosos en marcha y anulados los sistemas de protección, al anular el sistema de protección, se debería cumplir: a) La máquina sólo podrá funcionar a velocidad muy reducida, golpe a golpe, o a esfuerzo reducido. b) El mando de la puesta en marcha será sensitivo. Siempre que sea posible, dicho mando deberá disponerse de forma que permita al operario ver los movimientos mandados. c) La anulación del sistema de protección y el funcionamiento de la máquina en las condiciones citadas, en los incisos a) y b) excluirá cualquier otro tipo de marcha o mando. El o los dispositivos de desconexión de las máquinas deberán ser bloqueables con eficacia inviolable en la posición que aísle y deje sin energía motriz a los elementos de la máquina. En caso de que dicha prescripción no fuese técnicamente factible, se advertirán en la máquina los peligros que pudiera originarse e igualmente, en el manual de instrucciones se advertirán tales peligros y se indicarán las precauciones a tomar para evitarlos. Cuando, por las especiales características de la máquina, las operaciones a que se refiere este artículo no puedan realizarse en las condiciones a), b) y c) podrá prescindirse de éstas, adoptándose las medidas convenientes para que dichas operaciones se lleven a efecto sin peligro para el personal. En cualquier caso deberán darse al menos en castellano las instrucciones precisas para que las operaciones de reglaje, ajuste, verificación o mantenimiento se puedan efectuar con seguridad. Esta prescripción es particularmente importante en caso de exigir peligros de difícil detección o cuando después de la interrupción de la energía existan movimientos debidos a la inercia.
del trato previsto, sus aberturas impidan la introducción de miembros que puedan entrar en contacto con órganos móviles y que permitan en lo posible la ejecución de operaciones de mantenimiento a su través, prolongando los mandos, engrasadores, etc., hasta el exterior del resguardo, colocando superficies transparentes frente a los indicadores, etc. Artículo 46. Transporte. Se darán las instrucciones y se dotará de los medios adecuados para que el transporte y la manutención se puedan efectuar con el menor peligro posible. A estos efectos, en máquinas estacionarias: a) Se indicará el peso de las máquinas o partes desmontables de estas que tengan un peso superior a 500 kilogramos. b) Se indicará la posición de transporte que garantice la estabilidad de la máquina, y se sujetará de forma apropiada. c) Aquellas máquinas o partes de difícil amarre se dotarán de puntos de sujeción de resistencia apropiada; en todos los casos se indicará, al menos en castellano, la forma de efectuar el amarre correctamente. Artículo 47. 1. Se darán las instrucciones necesarias para que el montaje de la máquina pueda efectuarse correctamente y con el menor peligro posible. 2. Se facilitarán los datos necesarios para efectuar las funciones normales de la máquina y en su caso, los datos para la elección de los elementos que impidan la transmisión de vibraciones producidas por la máquina. 3. Las piezas de un peso mayor de 50 kilogramos y que tengan un difícil amarre, estarán dotadas de puntos de sujeción apropiados o donde puedan montarse elementos auxiliares para la elevación. 4. Se indicarán los espacios mínimos que habrá que respetar con relación a las paredes y techo, para que el montaje y desmontaje de ciertas piezas puedan efectuarse con facilidad. Artículo 48. Cuando en algún caso, debidamente justificado, en el diseño de una máquina o elemento de máquina, no pueden incluirse alguna o algunas de las protecciones a que se refieren los artículos anteriores, el fabricante deberá indicar al menos en castellano qué medidas adicionales deben tomarse in situ a fin de que la máquina una vez instalada cuente con todas las protecciones a que se refiere este capítulo.
Artículo 45. 1. Las máquinas dispondrán de dispositivos o protecciones adecuadas tendentes a evitar riesgos de atrapamiento en los puntos de operación, tales como resguardos fijos, dispositivos aparta cuerpos, barras de paro, dispositivos de alimentación automática, etc. 2. En el diseño y emplazamiento de los resguardos en las máquinas, se tendrá en cuenta que su fijación sea racionalmente inviolable, permita suficiente visibilidad a través de los mismos, su rigidez sea acorde a la dureza
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CAPÍTULO VIII. Accidentes. Artículo 49. 1. Los titulares de las máquinas a que se refiere este reglamento notificarán en un plazo máximo de cinco días los accidentes que se produzcan en las mismas al órgano territorial competente de la administración pública. 2. Cuando el accidente sea grave la notificación será inmediata.
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Seguridad en el trabajo 3. Cuando como consecuencia de lo previsto en la normativa laboral proceda la realización de un parte de accidentes de trabajo, no será necesaria la notificación de accidentes prevista en este artículo, si bien la autoridad laboral competente dará traslado de los partes de accidentes en el plazo máximo de cinco días al órgano territorial competente de la administración pública. Artículo 50. El órgano territorial competente de la administración pública que reciba la notificación del accidente dará traslado del mismo al Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Una vez elaboradas las correspondientes estadísticas por el Ministerio de Trabajo y Seguridad Social, se dará traslado de las mismas al centro directivo del Ministerio de Industria y Energía competente en materia de seguridad industrial, así como de los informes específicos que resulten de interés para la posible revisión de las ITC de este reglamento. CAPÍTULO IX. Inspecciones, infracciones y sanciones. Artículo 51. 1. La vigilancia e inspección de cuanto se establece en el presente Real Decreto y las posteriores normas que lo desarrollen, se llevará a efecto por los correspondientes órganos de las administraciones públicas en el ámbito de sus competencias, de oficio o a petición de parte. 2. Sin perjuicio de las competencias que corresponde al Ministerio de Industria y Energía dentro del marco de sus atribuciones específicas, el incumplimiento de lo dispuesto en el presente reglamento y normas posteriores que lo desarrollen, podrá constituir infracción administrativa en materia de defensa del consumidor conforme a lo previsto en la Ley 26/1984, general para la defensa de los consumidores y usuarios y en el Real Decreto 1945/1983, de 22 de junio, por el que se regulan las infracciones y sanciones en materia de defensa del consumidor y de la producción agroalimentaria. De acuerdo con lo señalado en el artículo 1 de este reglamento y con lo previsto en el párrafo anterior, las infracciones al mismo cometidas por los usuarios que actúen como empresarios en el ámbito de las relaciones laborales tendrán la consideración de infracciones laborales, a los efectos del artículo 57 del estatuto de los trabajadores, del Real Decreto 2347/1985, de 4 de diciembre, que desarrolla dicho artículo, y del Real Decreto 1860/1975, siéndoles por tanto de aplicación tal normativa en lo referente a infracciones y sanciones. 3. A efectos de aplicación de las sanciones previstas en la Ley 26/1984 las responsabilidades administrativas generadas por las infracciones a este reglamento se clasifican en leves, graves y muy graves. 4. Se consideran faltas leves las que supongan un mero incumplimiento formal de alguna prescripción establecida con la seguridad, siempre que por lo demás, el pro-
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ducto industrial de que se trate satisfaga todas las prescripciones técnicas exigidas por la reglamentación vigente. 5. Se consideran faltas graves: a) El incumplimiento de alguna prescripción técnica de seguridad exigida por la reglamentación vigente, siempre que el mismo no suponga peligro inminente para las personas o los bienes. b) La comercialización o instalación en el territorio del estado español de productos industriales que, de acuerdo con la legislación vigente, deban ser homologados y no cumplan tal requisito o las condiciones con las que fueron homologados. c) La resistencia o reiterada demora a proporcionar a la administración pública los datos requeridos, de acuerdo con la legislación vigente en materia de seguridad industrial. d) El desatender injustificadamente las recomendaciones de la administración pública en cuestiones relacionadas con la seguridad industrial. e) La expedición negligente de certificados o informes que no reflejen la realidad de lo que atestiguan. 6. Se consideran faltas muy graves: a) Cualquier falta grave que implique un inminente peligro para las personas o bienes. b) La expedición dolosa de certificados o informes que no reflejen la realidad de lo que atestiguan. 7. En ningún caso se producirá una doble sanción por los mismos hechos y en función de los mismos intereses públicos protegidos, si bien deberán exigirse las demás responsabilidades que se deduzcan de otros hechos o infracciones. Artículo 52. Se considerará reincidente a quien hubiera sido sancionado anteriormente por resolución firme una o más veces por infracciones de la misma naturaleza ocurridas en los veinticuatro meses precedentes. La reincidencia aumenta en un grado la gravedad de la falta y si ésta fuese muy grave, la elevará a su límite superior, dentro de los marcados por la Ley 26/1984. MODIFICACIONES POSTERIORES: z Ley 21/1992, de 16 de julio, de Industria. z Real Decreto 1435/1992, de 27 de noviembre, por el que se dictan las disposiciones de aplicación de la directiva del Consejo 89/392/CEE, relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre máquinas. z Real Decreto 56/1995, de 20 de enero, por el que se modifica el Real Decreto 1435/1992, de 27 de noviembre, relativo a las disposiciones de aplicación de la directiva del Consejo 89/392/CEE, sobre máquinas.
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Seguridad en el trabajo
Extracto del «Anexo relación de maquinaria» 1. Industria siderometalúrgica. 1.1. Máquinas herramientas para trabajos de metales sin arranque de viruta: 1. Cizallas de guillotina y cortadora de chapa. 2. Cizallas universales. 3. Dobladoras o curvadoras de perfiles, tubos y varillas. 4. Máquinas para laminación, estirado y calibrado (estiradoras, enderezadoras, conformadoras de perfiles, hileras, calibradoras, laminadoras, etcétera). 5. Martillos de forja y forjadoras. 6 Plegadoras de chapas. 7. Prensas sin especificar. 8. Prensas de embutir. 9. Prensas de extrusión. 10. Prensas de forja, estampado y corte. 11. Punzadoras. 12. Remachadoras. 13. Trefiladoras. 14. Trenes de laminación en caliente. 15. Trenes de laminación en frío. 16. Curvadora de chapa.
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1.2. Máquinas herramientas para trabajos de metales con arranque de viruta y por corte y abrasión: 1. Afiladoras de herramientas. 2. Brochadoras. 3. Esmeriladoras, amoladoras o piedras esmeril. 4. Fresadoras. 5. Limadoras o cepillos de carnero. 6. Mandrinadoras. 7. Mortajadoras o cepillos verticales. 8. Tornos sin especificar. 9. Tornos horizontales. 10. Tonos verticales. 11. Pulidoras. 12. Rectificadoras. 13. Taladros fijos. 14. Sierras sin especificar. 15. Sierras de cinta o alternativas. 16. Sierras circulares. 17. Tronzadoras de disco de fricción. 18. Excavadoras. 19. Punteadoras. 20. Máquinas que comprendan varias de las especificadas conjuntamente.
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Características del mecanizado Contenido Introducción. BLOQUE 1. Formación de la viruta z z z z z
Introducción. Planteamientos generales. Modelo de corte ortogonal. Formación real de la viruta. Desgastes de las herramientas.
BLOQUE 2. Operaciones de torneado z z z z z
Introducción. Cilindrado. Operaciones que se realizan en el torneado. Sujeción de las piezas. Parámetros.
BLOQUE 3. Operaciones de taladrado z Introducción. z Taladrado con brocas helicoidales. z Operaciones relacionadas con el taladrado. BLOQUE 4. Operaciones de fresado z z z z z
Introducción. Tipos de operaciones de fresado. Fresado periférico. Fresado frontal. Operaciones en centros de mecanizado.
BLOQUE 5. Operaciones de cepillado, brochado y aserrado z Introducción. z Brochado. z Aserrado. BLOQUE 6. Operaciones de rectificado y acabado z Introducción. z Consideraciones para la ejecución del rectificado. z Otras operaciones con esmeril.
5
Introducción El mecanizado es un conjunto de procesos de manufactura en el que, básicamente, se emplea una herramienta de corte para arrancar, en forma de viruta, el exceso de material de una pieza, de manera que mediante la combinación de los movimientos de la pieza y la herramienta se obtiene la geometría deseada en el material restante. La acción preponderante del corte implica la deformación cortante del material para formar la viruta: al desprenderse la viruta, queda expuesta la nueva superficie generada. La Revolución Industrial y el crecimiento de las economías basadas en la manufactura alrededor del mundo se pueden describir -en gran parte- por el desarrollo de varias operaciones de mecanizado (véanse algunas referencias históricas en la descripción de las máquinas: Capítulo 0 - Introducción a las máquinas herramientas). Veamos algunas razones que explican la importancia de las operaciones de mecanizado desde el punto de vista comercial y tecnológico: z El mecanizado, hasta no hace mucho tiempo, se consideraba patrimonio de la industria metalúrgica, craso error puesto que se puede aplicar a una amplia variedad de materiales. Prácticamente todos los metales sólidos1 se pueden mecanizar. Los plásticos y los compuestos también se mecanizan. Los cerámicos presentan ciertas dificultades debido a su alta dureza y fragilidad; sin embargo, la mayoría se mecanizan correctamente mediante abrasivos o procedimientos especiales. z Puede utilizarse para generar cualquier forma geométrica regular, como superficies planas, agujeros redondos y cilindros. Combinando varias operaciones con la secuencia adecuada pueden producirse formas de cierta complejidad y variedad ilimitada. z Es más preciso que otros muchos procesos. Podemos producir piezas cuyas dimensiones requieran tolerancias muy estrechas. z Los acabados superficiales actuales pueden ofrecer unos índices Ra= 0,025µ (N1). Por sus características, generalmente se realiza después de otros procesos de manufactura: fundición o deformación volumétrica (forjado, estampado, laminado de barras, etc.) que crean la forma general de la pieza. Así pues, el mecanizado produce la geometría final, las dimensiones y el acabado.
1
Nos referimos al estado físico del material, no a la forma geométrica.
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Características del mecanizado
Bloque 1. Formación de la viruta Introducción Existen varias y complejas teorías sobre la formación de viruta -especialmente por las implicaciones mecánicas (leyes de rozamiento, deformaciones plásticas...), termodinámicas y metalúrgicas que conllevan- pero, a su vez, también otras tantas dificultades para fijar un modelo que guarde la máxima semejanza con el fenómeno real. Para realizar una primera y básica introducción a este fenómeno utilizaremos el modelo de corte ortogonal, dejando sentado que el proceso real de mecanizado es tridimensional y el modelo ortogonal solamente trabaja con dos dimensiones. Así pues, admitiendo que la formación de viruta es un proceso de deformación plástica por cizalladura, resulta que los modelos del plano de cizallamiento son los más sencillos de tratar, pero
presentan algunas incongruencias, como la realización de toda la deformación plástica en el propio plano bajo la acción de una tensión de cizalladura que adquiere súbitamente su valor máximo en él a partir de cero, volviendo otra vez repentinamente a cero justo cuando el material ha atravesado dicho plano. Por otra parte, estos modelos no suelen contemplar el efecto de la velocidad, la temperatura en la que se realiza el arranque, el endurecimiento del material y la dinámica «herramienta-viruta-pieza», que son algunas de las condiciones reales no estáticas. A pesar de todo, este modelo básico ha permitido obtener útiles resultados, admitiendo -eso sí- que su validez es solamente como primera aproximación. A modo de homenaje a todas las personas que han tenido algo que decir -y han dicho- en el arranque de viruta y para hacernos una idea de la complejidad de estas investigaciones, así como de su progresivo desarrollo hasta mediados del siglo XX, presentamos la siguiente relación:
1760
R. Reynolds (Gran Bretaña)
Considerado el inventor de la primera máquina herramienta. Describió minuciosamente la máquina que proyectó para construir un cilindro (para el bombeo del agua) para un carro de bomberos.
1776
J. Watt (Gran Bretaña)
Proyectó la máquina de vapor. Uno de los problemas fundamentales consistía en el mandrinado del cilindro, de forma que el pistón (que también debía mecanizarse) ajustara, proporcionando así la estanqueidad para que no escapara el vapor. Sin embargo, no parece que él mismo lograse resolver el problema, sino más bien J. Wilkinson.
1776 1780
J. Wilkinson (Gran Bretaña)
Considerado el inventor de la primera mandrinadora horizontal, precisamente utilizada para asegurar una estanqueidad perfecta al conjunto cilindro-pistón de la máquina de vapor, lo que permitió a Watt la construcción de su máquina. Con este evento resucita la historia de las teorías, de los ensayos y de las experiencias sobre el corte de metales.
1799
Lord Rumford (Gran Bretaña)
Presentó, a la Royal Academy de Londres una memoria sobre sus observaciones efectuadas al mecanizar cañones de bronce dentro de un calorímetro. Es la primera documentación que se puede considerar realmente como un estudio sobre el corte de metales.
1851
M. Cocquilhat (Bélgica)
Describió las experiencias sobre la resistencia al mecanizado en el taladrado y el trabajo necesario para arrancar una determinada cantidad de viruta.
1860
T. Joessel (Francia)
Estando en el Arsenal de la Marina de Indret experimenta para determinar las condiciones de corte óptimas (ángulos, materiales para herramientas, velocidades, avances, etc.) utilizando como criterio de elección la relación entre la cantidad de viruta producida y la potencia absorbida.
1870
J. Time (Rusia)
De los primeros en publicar los resultados de sus estudios sobre la formación de la viruta en el mecanizado con máquina herramienta. Ya suponía que la viruta era un fenómeno de arranque por planos de corte o cizallado. Su obra Memoire sur le rabotage des metaux (Memoria sobre el cepillado de metales) apareció en 1877 en la Academia de Ciencias de San Petersburgo.
E. Harting (Alemania)
Publicó un compendio que contenía diversas tablas que suministraban los datos relativos a la potencia necesaria para el mecanizado de metales con máquinas herramienta. Estas tablas fueron muy consultadas durante bastantes años, puesto que tuvieron gran difusión.
1873
H. Tresca (Francia)
1881
A. Mallock (Gran Bretaña)
1892
A. Haussner (Austria)
1893
K. A. Zvorykin (Rusia)
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De la misma opinión que Time, publicó los resultados de sus estudios sobre cepillado de metales. De los primeros que consideró la viruta como resultado de una deformación plástica por deslizamiento, remarcó la importancia del efecto de rozamiento sobre la cara de corte de la herramienta en el momento de la separación de la viruta. También constató la notable reducción del rozamiento entre viruta y herramienta con la presencia de un fluido lubricante. Siguió profundizando, anotando el efecto sucesivo a la reducción del rozamiento -en la superficie de contacto herramienta-viruta- sobre el ángulo de cizallamiento: dicho ángulo resulta mucho mayor que en el corte en seco si se aplica un lubrificante. Así lo consideró en sus estudios: el ángulo de desprendimiento constante, lo que probablemente le impidió proseguir sus investigaciones en esta dirección. Además, fue muy eficaz en la busca de las razones de ciertas inestabilidades en el proceso de corte, las cuales desembocaban en vibraciones molestas (chatter). Sus razonamientos son de una sorprendente vigencia y están muy próximos a las teorías actuales sobre fenómenos vibratorios. Descubrió el filo recrecido o de aportación en el arranque a baja velocidad. Autor de un estudio sobre el mecanizado y las fuerzas necesarias para el arranque -publicado en Moscúdirigió sus investigaciones hacia la geometría de la viruta.
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Características del mecanizado
Z. A. Briks (Rusia)
Al igual que Zvorykin, dirigió sus investigaciones sobre el arranque de viruta al mecanismo de deformación plástica del metal mecanizado, que queda reflejada en la geometría de la viruta. Los estudios de ambos presentaron algunos puntos válidos e hipótesis concordantes con los resultados actuales, pero no llegaron a formar una teoría sistematizada viruta-herramienta-pieza, ligada a los esfuerzos, a la velocidad, a la energía, etc.
G. Hermann (Alemania)
Dirigiendo sus esfuerzos al estudio de los efectos que los ángulos característicos de las herramientas producían en la formación de la viruta, aplicó sus conclusiones a las herramientas con ángulo de desprendimiento negativo, con gran y exitosa anticipación a las investigaciones de tiempos posteriores.
F. Reuleaux (Alemania)
Acuñó la teoría que la herramienta era comparable a una cuña que penetrara en la madera, sostuviendo que el filo de corte no entraba nunca en contacto con el material que se mecanizaba debido a la formación de una grieta que precede continuamente a la herramienta. Esta teoría -que desafortunadamente gozó de gran difusión- provocó una distorsión en la efectiva y real interpretación del fenómeno del arranque.
1901
F. Kick (Alemania)
No convencido de la teoría de Reuleaux, quiso verificar su validez y llegó a una conclusión totalmente opuesta: no se produce ninguna grieta antes de la separación de la viruta; por tanto, el fenómeno del arranque es considerado una consecuencia de una deformación plástica por deslizamiento, como ya había supuesto Time, treinta años antes. A pesar de ello, las hipótesis de Reuleaux (al que se consideraba una auténtica autoridad en la materia) prevalecieron durante largo tiempo, así, Kingsbury -en 1924- las consideraba ciertas en sus estudios sobre el efecto de los lubrificantes.
1902
C. Codron (Francia)
Realizó estudios y medidas de las fuerzas de corte en el taladrado.
1906
W. Rosenhain (Gran Bretaña)
Con las mismas conclusiones que Kick, sostuvo de nuevo que en el arranque, primordialmente existe un fenómeno de deformación plástica (tal como ponía de manifiesto el examen de las virutas parcialmente separadas).
1907
F. W. Taylor (USA)
Publicó su famoso estudio sobre el corte de metales después de 26 años de experimentación. Inicialmente, estas experiencias -pacientes y metódicas- se plantearon con el objetivo de optimizar las condiciones de corte. Estudió la duración de los útiles de corte en operaciones de desbaste de torneado, contemplando distintos materiales de herramientas y condiciones de corte. Gracias a sus observaciones empíricas, oportunamente sistematizadas, llegó a formular algunos enunciados fundamentales, válidos aún actualmente, sobre la mecánica del proceso de corte. En un comunicado de la época se dice que a consecuencia de estas observaciones y de las normas sugeridas por él mismo para las condiciones de corte, en la Bethlehem Steel Co. se había conseguido un incremento productivo del 500%.
1908
A. Wallichs
Fundó el «Werkzeugmaschinen Laboratorium» de Aachen (Aquisgrán) para investigaciones sobre el arranque de viruta; puso a punto ábacos, especialmente para el torneado y taladrado, en los que se proporcionaban datos de corte destinados a la industria que utilizaba máquinas herramienta.
1914
P. Denis (Francia)
Entre 1914 y 1920, en el Arsenal de Puteaux, estudió la duración de la herramienta entre afilado y afilado en función de la cantidad de viruta arrancada, y definió la correlación entre la velocidad de corte y la cantidad de viruta producida.
1924
A. Kingsbury
Sobre la base de la hipótesis de Reuleaux, realizó análisis microscópicos sobre el fenómeno del arranque.
W. Rosenhain A. C. Sturney (Gran Bretaña)
Continuando con sus estudios iniciados en 1906, ambos autores -mediante su técnica experimental de seccionamiento de la viruta- evidenciaron los detalles de la estructura, demostrando que en la mayoría de los casos no existe solución de continuidad entre viruta y pieza mecanizada (grieta).
G. Schlesinger (Alemania)
En su amplísima producción se encuentran estudios en todos los sectores relacionados con el arranque, medida de las fuerzas de corte y comportamiento de las máquinas herramienta.
H. Shore (USA)
Se ocupó de los problemas térmicos relacionados con el corte de metales, así como de la medición de la temperatura de corte mediante pares termoeléctricos, constituidos por la herramienta y la pieza.
1896
1900
1925
K. Gottwein (Alemania) 1926
E. G. Herbert (Gran Bretaña)
Centró sus investigaciones en las virutas de metales con diferentes durezas y reencontró una ulterior confirmación de la existencia de un deslizamiento plástico (cizallamiento): la dureza del metal de la viruta era bastante superior a la de la pieza mecanizada. También se ocupó del filo de aportación y de la medida de las temperaturas de corte mediante el método de par termoeléctrico.
1930
O. W. Boston (USA)
Expuso los resultados de experiencias de varios años, confirmando ampliamente las teorías de Herbert en una memoria del ASME titulada ¿Qué ocurre durante el arranque de viruta?
1931
F. Schwerd
El primero en utilizar la máquina de filmar a alta velocidad para examinar la formación de la viruta; descubrió la desaparición del filo de aportación con velocidades de corte elevadas.
H. Ernst M. Martellotti
Para investigar sobre la formación de la viruta también utilizaron la filmación a alta velocidad, además de un dispositivo para conseguir una interrupción brusca del corte «quick stop».
M. Kronenberg (Alemania-USA)
Alumno y ayudante de Schlesinger en Berlín, realizó importantes estudios teóricos y experimentales sobre la velocidad de corte, ofreciendo una síntesis de los trabajos y resultados de las investigaciones efectuadas desde 1935 hasta 1965.
V. Pijspanen (Finlandia)
Autor de un importante estudio basado en el examen cualitativo de la deformación del metal en condiciones de corte ortogonal, en el que concluye: que la deformación es reducible a un corte (cizallamiento) que se produce por deslizamientos sucesivos en una zona localizada muy cerca del filo de corte. Puede considerarse el primer análisis detallado del proceso de formación de viruta.
1935
1937
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También estudió el problema de la medida de la temperatura de corte por par termoeléctrico.
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Características del mecanizado
1940
H. Ernst M. E. Merchant (USA)
Cerraron un período de cerca de 150 años en los que las investigaciones se desarrollaron en casi todas las direcciones, abriendo una nueva época -verdaderamente científica- sobre el mecanizado de metales y el proceso de arranque de viruta. La memoria que presentaron a ASME llegó a ser tan famosa como la de Taylor en 1907.
avance
Desde entonces: E.H. Lee y B.W. Shaffer, M.C. Shaw, N.H. Cook e I. Finnie, T. Sata y M. Mizuno, S. Kobayashi y E.G. Thomsen, H. Takeyama y E. Usui, B.T. Chao y K.J. Trigger, P. Albrecht, K. Okushima y K. Hitomi, P.L.B. Oxley, W.F. Hasting, M.G. Stevenson, B. von Turkovich y G.F. Micheletti, D. Doi y S. Kato, O. Kienzle, J. Pomey..., y una larga lista de investigadores y estudiosos se ocuparon y siguen ocupándose de esta materia, tanto para fines teóricos como para la mejora de los procedimientos industriales.
broca helicoidal
Planteamientos generales filos de corte
Antes de entrar en la descripción del modelo de corte ortogonal creemos conveniente exponer algunos planteamientos generales. En el bloque 1 del capítulo 0 ya se expuso que para que se produzca el arranque de viruta son necesarios dos movimientos: el de corte y el de avance, así como el movimiento de corte rectilíneo, el movimiento de corte circular y una clasificación de las máquinas de cada uno de los grupos.
Proceso de taladrado. Herramienta bicorte.
filos de corte
Las herramientas de corte tienen uno o más filos destinados a ello, que sirven para separar el material sobrante de la pieza mediante la formación de virutas. Si observamos con detenimiento una herramienta elemental «monocorte», nos daremos cuenta que deriva de la escarpa (cincel, buril), puesto que conserva la forma de ésta y así es empleada.
nueva superficie
avan
ce
Proceso de fresado tangencial. Herramienta multicorte.
En la sección transversal del proceso de arranque distinguimos dos superficies en la herramienta: la superficie de desprendimiento y la superficie de incidencia. superficie de desprendimiento trayectoria de la viruta
Herramienta elemental. Posición de las caras de desprendimiento e incidencia.
Prácticamente la mayoría de los problemas del corte dependen de sus características; por tanto, es importante conocer su funcionamiento para poder comprender los otros tipos de herramientas derivados: brocas (bicorte), fresas, machos de roscar, escariadores, avellanadores, muelas, etc. (multicorte).
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superficie base deformación plástica
viruta γ
herramienta
ángulo de corte β
superficie nueva α
superficie de incidencia trayectoria de la herramienta
Sección transversal del proceso de arranque. Herramienta elemental.
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Características del mecanizado El valor del ángulo de desprendimiento determina el tipo de viruta que se forma: ángulo de desprendimiento negativo
z viruta continua o fluyente, que se separa formando un tipo de cinta continua, plegándose en forma de hélice,
γ
α
ángulo de incidencia
filo de corte
z viruta troceada (discontinua) que se separa de la pieza en forma de pequeños segmentos que saltan al contacto con la cara de desprendimiento. viruta continua
Punta de herramienta con ángulo de desprendimiento negativo.
La superficie de desprendimiento (A) que dirige el flujo de la viruta resultante, adopta un ángulo denominado de desprendimiento γ, medido con respecto a un plano perpendicular a la superficie de la pieza. Este ángulo puede ser positivo o negativo, tal como se refleja en los esquemas. El flanco de la herramienta (B) dispone un claro entre la herramienta y la nueva superficie generada en la pieza, protegiéndola de la abrasión que pudiera producir el roce (también conocido como talonado), degradando el acabado. Esta superficie adopta un ángulo llamado de incidencia α.
viruta troceada
Ya que el diseño de la herramienta es un factor muy importante, puesto que en el ambiente en el que opera es muy agresivo (materiales, velocidades, avances, temperaturas, vibraciones, etc.), siendo necesario que sea de un material apropiado (más duro que el material de la pieza a mecanizar) y que tenga la geometría adecuada para arrancar correctamente el material, veamos con un poco más de detalle cada uno de estos ángulos.
Ángulo de desprendimiento (γ) Este ángulo, formado por la cara de desprendimiento y la cara normal a la superficie de la pieza, tiene una importante influencia en la formación de la viruta. Esto es, el arranque de viruta es consecuencia de la acción combinada de la arista o filo de corte y la cara de desprendimiento, y ésta es la que determina la deformación plástica del material provocando la separación de la viruta en correspondencia con el filo de corte.
viruta fragmentada
Esta operación se materializa mientras la viruta separada resbala sobre la cara de desprendimiento, consecuencia de un cizallamiento del material según un plano inclinado de ángulo φ con respecto a la superficie mecanizada, cuyo valor y forma depende de las condiciones de corte, del material y del ángulo de desprendimiento. superficie irregular viruta continua γ
φ
filo de aportación
Herramienta elemental. Ángulo de cizalladura.
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partículas adheridas en la superficie
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Características del mecanizado Es propio de los materiales «tenaces» (aceros dulces, aluminio, aleaciones ligeras, etc.) el desprendimiento de virutas continuas, puesto que son lo suficientemente dúctiles como para no romperse durante la deformación. Por el contrario, los materiales duros, al ser frágiles, no soportan la deformación plástica y se fragmentan inmediatamente al ejercer la herramienta su acción de corte. Con relación a la herramienta, el comportamiento de la viruta es diferente según sea continua o fragmentada. En el primer caso, la viruta resbala un trozo antes de perder contacto con la cara de desprendimiento, venciendo con su movimiento la resistencia al rozamiento entre ambas, desembocando en un desarrollo de calor generado por el trabajo de rozamiento, tanto mayor cuanto más aumentan las fuerzas de deformación y el coeficiente de rozamiento de las partes deslizantes en contacto. En los casos de viruta continua (materiales tenaces), es necesario proveer al ángulo de desprendimiento de un valor bastante grande (10º ÷ 40°) para menguar el trabajo de deformación de la viruta y el correspondiente calentamiento. Por otra parte, el aumentar el ángulo de desprendimiento conlleva la disminución del ángulo de corte y, por lo tanto, la debilitación de la herramienta. Sólo será admisible cuando el material a mecanizar sea blando; en el caso de materiales duros se impone la disminución del ángulo de desprendimiento (0º ÷ 10°). También existe un tipo de viruta intermedia, entre la continua y la fragmentada: es continua, pero presenta principios de rotura (grietas) aunque no lo suficiente profundas como para provocar el fragmentado de sus partes. Suele formarse al mecanizar materiales semiduros. También se obtienen buenos resultados, dando a γ un valor negativo trabajando a muy altas velocidades de corte.
Ángulo de incidencia (α) Comprendido entre el dorso de la herramienta y la superficie mecanizada de la pieza -o su tangente-, tiene la función de evitar el roce entre el talón de la herramienta y la parte ya mecanizada. Mientras el filo arranca la viruta, comprime la zona de la pieza situada debajo de él. Inmediatamente ha sobrepasado el filo, el material liberado ya de la fuerza de compresión tiende a dilatarse nuevamente (recuperación elástica). Por tanto, si dicho ángulo fuese nulo, el dorso o talón de la herramienta rozaría con la superficie de la pieza, provocando un calentamiento progresivamente mayor a consecuencia del incremento del roce. Este inconveniente se evita disponiendo en las herramientas un ángulo de incidencia «real» positivo. Consideramos importante la puntualización «real» puesto que, a veces, la herramienta puede estar afilada con un ángulo de incidencia positivo, pero al situarla en la máquina este ángulo queda anulado debido a diferentes causas: inclinación del asiento, movimientos en distinta posición, etc. Así pues, es importante comprobar el ángulo en la posición de trabajo para evitar los inconvenientes mencionados. Por tanto, con el objetivo de no debilitar demasiado la punta de la herramienta, esto es, no disminuir mucho el ángulo β, utilizaremos para α los valores mínimos. Así pues, estando seguros de que no se producirá fricción, es inútil aumentar α, puesto
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que las pequeñas variaciones dependen fundamentalmente de la resistencia y de la elasticidad del material a mecanizar. En la práctica, la mayoría de las herramientas de corte tiene geometrías algo más complejas de las que hemos visto hasta ahora.
Condiciones de corte Ya sabemos que para realizar una operación de mecanizado se requiere del movimiento de la herramienta y de la pieza, unas veces continuo y otras alterno, aunque sincronizados. El movimiento de corte se realiza a una cierta velocidad de corte «Vc». Además, la herramienta en unos casos, y la pieza en otros, debe moverse lateralmente a través de la zona a mecanizar. Éste es un movimiento mucho más lento, llamado avance «fn». La tercera dimensión del corte es la penetración de la herramienta en la superficie original de la pieza, llamada profundidad de corte o de pasada «ap». Al conjunto de velocidad de corte, avance y profundidad de pasada se le llama condiciones de corte. Velocidad de corte Vc
profundidad de pasada ap avance
fn
Éstos son los tres parámetros principales del proceso de mecanizado: z Vc: en m/min. z fn: en mm/vuelta. z ap: en mm. En algunas operaciones de mecanizado estos parámetros pueden aplicarse con diferentes criterios, por ejemplo en el taladrado la profundidad de pasada se interpreta normalmente como la profundidad del agujero a mecanizar. Las operaciones de mecanizado suelen dividirse en dos categorías: z desbaste: se utilizan para desprender grandes cantidades de material de la pieza en bruto, tan rápido como sea posible, con el objetivo de obtener una forma cercana a la requerida, pero dejando creces de material en la pieza para posteriores operaciones de acabado. z acabado: completan la pieza logrando las dimensiones finales, tolerancias y acabados superficiales. En los mecanizados de producción se realizan uno o más desbastes, seguidos de uno o más acabados. Las operaciones de desbaste se realizan con grandes profundidades y avances. La gama típica de avances para este tipo de operaciones va de 0,4 a 1,25 mm/vuelta y profundidades de 2,5 a 25 mm. Las operaciones de acabado suelen realizarse con poco avance y poca profundidad: 0,125 a 0,4 mm/vuelta y profundidades de 0,75 a 2,0 mm. Las velocidades de corte empleadas en el desbaste son más bajas que en el acabado. Para favorecer la evacuación del calor generado y/o lubricar la herramienta se aplica frecuentemente un fluido de corte
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Características del mecanizado (en el argot conocido como «taladrina») durante las operaciones de mecanizado.
Como el espesor de la viruta después del corte siempre es mayor que antes del corte, la relación de viruta siempre será menor de 1.
Modelo de corte ortogonal
Además de h, el corte ortogonal tiene una dimensión de anchura A, aunque esta dimensión no contribuye mucho al análisis en el corte ortogonal.
El modelo de corte ortogonal emplea -por definición- una herramienta en forma de cuña, cuyo borde cortante es perpendicular a la dirección de la velocidad de corte. Cuando la herramienta presiona contra el material se forma una viruta -deformación plástica por cizalladura- a lo largo de una superficie llamada de desprendimiento, formando ésta un ángulo γ con la superficie de trabajo. Solamente el filo de corte de la herramienta hace que se produzca la falla del material, dando como resultado la separación de la viruta del material original. La herramienta para el modelo de corte ortogonal sólo considera dos elementos geométricos, el ángulo de desprendimiento γ y el ángulo de incidencia α, que tal como se explicó previamente: γ determina la dirección en la que fluye la viruta formada, y α provee un pequeño claro entre el talón de la herramienta y la superficie de trabajo generada.
La geometría del modelo de corte ortogonal nos permite establecer una relación importante entre el espesor de la viruta, el ángulo de desprendimiento γ y el ángulo del plano de corte φ: z determinamos que lz sea la longitud del plano de corte, z planteamos h = lz × sen φ y hc = lz × cos (φ - γ), z nos queda que lz × senφ r = -lz × cos(φ - γ) y con un arreglo matemático, podemos determinar φ de la siguiente forma: r × cosγ tgφ = -l - r × senγ Viruta: muchísimos pequeños elementos de espesor infinitesimal
γ
hc
A h
φ
Proceso de arranque de viruta en forma tridimensional. plano de de corte corte plano
γ
Modelo de formación de la viruta según V. Pijspanen.
La figura muestra la deformación aproximada que ocurre a lo largo del plano de corte, en la que una serie de placas paralelas se deslizan una contra otra para formar la viruta.
hc
h
Formación real de viruta
φ Iz
Cabe recordar que existen diferencias entre el modelo ortogonal y el proceso de mecanizado real:
Proceso de arranque de viruta en forma ortogonal (Dos dimensiones).
Al inicio, y durante el corte, el filo de la herramienta se coloca por debajo de la superficie original de la pieza. Esta cota corresponde al espesor de la viruta antes de su formación h (en algunos casos concuerda con ap). Al formarse la viruta a lo largo de la superficie de desprendimiento, aumenta su espesor hc. La relación entre h y hc, se denomina relación del grueso de la viruta (o simplemente relación de viruta).
r=
260
h hc
z El proceso de deformación plástica no ocurre sobre un plano. Si esto sucediera a través de un plano, implicaría que la acción ocurriría instantáneamente al pasar a través de éste, en vez de hacerlo en un breve período de tiempo. Si el material se comporta en forma real, la deformación sucederá dentro de una delgada zona de corte, más que en un plano de espesor cero. Éste es un modelo algo más realista del proceso de deformación durante el mecanizado. Los experimentos de corte de metal han demostrado que el espesor de la zona de corte es de pocas centésimas. Siendo la zona de corte tan delgada, en la mayoría de los casos no se pierde mucha precisión si se supone como un plano.
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Características del mecanizado
zona primaria de corte φ
zona secundaria de corte
Modelo algo más realista de formación de la viruta.
z Además de la deformación que ocurre en la zona de corte, otra acción de deformación sucede en la viruta después de haber sido formada. En el esquema podemos observarlo, y para distinguir las zonas donde suceden dichas acciones nos referimos a ellas como zona primaria y zona secundaria de corte. La deformación secundaria resulta de la fricción entre la viruta y la herramienta, cuando ésta se desliza a lo largo de la superficie inclinada de la herramienta produciendo un incremento de la fricción entre la herramienta y la viruta.
El desgaste del filo durante el mecanizado es continuo, hasta llegar -si lo permitieramos- al desgaste total de la arista de corte, debido a que la viruta -durante el proceso de formación- concurre continuamente a alta presión y temperatura sobre las caras de desprendimiento y de incidencia. Por tanto, la zona de corte más directa se ve aquejada por una serie de reacciones que se producen entre el material de la pieza y el de la herramienta de corte, lo que hace imprescindible una correcta elección de la calidad y geometría del filo, así como de los parámetros -contemplando las condicionesde corte, para obtener procesos de mecanizado óptimos.
zona aquejada
Desgastes de las herramientas La vida de una herramienta -enteriza o plaquita intercambiable- queda determinada por el desgaste de su filo de corte. Mediante una serie de señales nos damos cuenta del desgaste sufrido en esa arista de corte, lo que nos conduce a determinar que la vida de ese filo ha alcanzado su límite y, por tanto, a su reafilado o cambio de filo -en el caso de plaquita intercambiable-. A lo largo de ese tiempo productivo, el filo de corte habrá producido un determinado volumen de viruta y/o número de piezas, dependiendo del material que mecanice y las condiciones y parámetros de corte, como: mecanizando aceros al carbono, presumiblemente durará más que mecanizando aceros inoxidables, refractarios, etc. Así pues, se trata de conseguir una óptima combinación de gran productividad y vida del filo de corte, puesto que si la duración productiva del filo es corta, generará gran número de paradas en las máquinas para sustituirlos, lo que a su vez alterará la posibilidad de alcanzar la producción prevista, y disparará el presupuesto de coste de herramental. Por el contrario, si la duración del filo se prolonga en exceso, el resultado será la pérdida de productividad.
Básicamente se contemplan cinco modalidades causantes del desgaste del filo de la herramienta: z por abrasión: la más habitual y que se da en la mayoría de las operaciones de mecanizado de metales. Es el desgaste que se produce por el roce entre dos superficies que contactan entre sí. Algunas partículas duras del material arrancado rozan con las superficies que forman el filo de corte con el mismo efecto de un mecanizado con abrasivo (esmerilado, rectificado, etc.). Prácticamente todos los metales que se mecanizan, en mayor o menor proporción, contienen carburos duros en su estructura, complicando de esta forma la resistencia al desgaste de la herramienta. Por tanto, un material de corte más duro tiene más resistencia al desgaste por abrasión.
Una correcta selección -para cada aplicación- de la herramienta es el principal componente a contemplar si queremos obtener buenos resultados en el mecanizado. Constatando pues la realidad del desgaste del filo, llegamos al planteamiento: ¿qué es lo que hace que se produzca ese desgaste?
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Características del mecanizado z por adhesión: también conocida como filo de aportación, suele producirse cuando no se alcanzan las temperaturas adecuadas durante el mecanizado, generalmente cuando se mecaniza con velocidades de corte bajas. El material arrancado de la pieza se adhiere sobre el filo de corte en lugar de fluir sobre la superficie de desprendimiento con mayor temperatura, alterando la geometría de la herramienta y provocando un rozamiento innecesario que desemboca en un inadecuado proceso de corte. Podemos observar este acontecimiento en el mecanizado con máquinas herramienta que no disponen de gama de velocidades apropiada para el material que se está mecanizando. Así pues, con cada pieza que se mecaniza podemos comprobar cómo aumenta el tamaño de este filo aportado. Cierto es que algunos materiales son más propensos que otros para producir este suceso: aceros con bajo contenido de carbono, aceros inoxidables y aluminios. Por tanto, trabajando con la velocidad de corte adecuada al material, esta situación no suele producirse, o en el peor de los casos, minimizada.
C
Fe
z por fatiga:
Co
Fe
C
Fe
suele darse cuando el material de la herramienta no es el adecuado, como resultado de las variaciones de temperatura en combinación con variación de la presión por efecto de las fuerzas de corte, lo que desemboca en que la herramienta se vuelva frágil y acabe rompiéndose. Varios factores intervienen en esta modalidad: - materiales de herramientas más propicios que otros, - altas temperaturas sobre la zona de corte, - mala refrigeración de la herramienta. En el fresado, el desgaste puede acelerarse especialmente por una mala refrigeración, puesto que el filo de corte se calienta durante el proceso de arranque y enfría cuando está fuera de contacto con la pieza, repitiéndose de forma continua durante todo el proceso de mecanizado.
z por oxidación: habitualmente se produce cuando el material de la pieza y el de la herramienta se relacionan durante el proceso de arranque, consecuencia de las altas temperaturas y presión.
z por difusión: en realidad es un proceso químico producido por reacciones entre los materiales de la pieza y de la herramienta, debidas a la combinación de presión y calor en la zona de corte. En este caso la dureza no juega un papel muy importante, pero sí las propiedades químicas, de las que dependerá el volumen de desgaste. El potencial metalúrgico del material del filo determinará la afluencia de átomos que se originará entre ambos y el tamaño del cráter que se formará sobre la superficie de desprendimiento -en la zona del filo- por el paso de las virutas.
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A diferencia del proceso por difusión, el desgaste por oxidación produce una profunda huella, normalmente en la zona del filo de corte donde se realiza el arranque del material de la pieza. Las cinco modalidades causantes del desgaste del filo de la herramienta materializan el mismo de diversas maneras en el filo de corte -ya vimos algunas en el capítulo 2, bloques 2 y 3-: a) en incidencia: el más común (VB). Se produce en la superficie de incidencia que forma el filo de corte -tal como anuncia su nombre- debido al proceso de abrasión de las partículas duras del material de la pieza rozando con la herramienta. El objetivo es lograr un desgaste uniforme en la superficie de incidencia, puesto que un desgaste excesivo
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Características del mecanizado aumenta la fricción y reduce el ángulo de incidencia, lo que provoca un aumento de la temperatura y acabados deficientes. En las operaciones de desbaste, un desgaste en incidencia excesivo alterará la geometría del corte aumentando el consumo de potencia y produciendo vibraciones con gran riesgo de rotura del filo. En los casos que el desgaste se produzca rápidamente es necesario comprobar la velocidad de corte con el propósito de cerciorarse que no sea demasiado alta para la calidad del material de la herramienta y condiciones de corte. Generalmente se debe a la mayor dureza del material mecanizado, por lo que sustituyéndola por una calidad más resistente al desgaste -según ISO- solucionaremos el problema.
cráter
c) deformación plástica: las altas temperaturas y elevadas presiones suelen ser las causantes de que el material de la herramienta se deforme, generalmente de dos maneras: -
deformando la arista en la dirección del mecanizado (hacia abajo), o
-
deformándola -mediante presión- hacia los ángulos de incidencia de los flancos.
Por tanto, para no sufrir esa deformación plástica, el material de la herramienta tiene que ser capaz de mantener en caliente la dureza suficiente, puesto que esta deformación del filo generará un aumento del calor debido a la fricción, una deformación de la geometría y la pérdida del control de la viruta, suponiendo todo ello una importante aceleración en el proceso de deformación. Una señal inequívoca es el mal aspecto superficial en las operaciones de acabado.
VB
incidencia
Una solución es utilizar una calidad más dura, por tanto, más resistente al desgaste, así como la adecuación de la velocidad de corte y los avances.
incidencia
muesca
b) en cráter: similar al desgaste en incidencia, se produce en la superficie de desprendimiento -por donde las virutas pasan sobre el filo de corte- creando un cráter por efecto de los mecanismos propios de las modalidades de abrasión y difusión: una pequeña cantidad de material de la herramienta se desprende continuamente al paso del material de la pieza en forma de virutas a altas temperaturas y presiones elevadas. Hasta ciertos límites se puede considerar normal, pero un desgaste excesivo altera la geometría con el consecuente riesgo de rotura del filo de corte. Si se produce rápidamente, al igual que en incidencia, se debe a una excesiva velocidad de corte, por lo que, si queremos mantenerla, será necesario una calidad más resistente al desgaste. Así mismo, es necesario comprobar el avance, ya que éste en combinación con una velocidad muy elevada generará altas presiones y aumento de las fuerzas de corte, produciendo excesivo calor sobre el filo de corte. Las geometrías positivas suelen ser buenas soluciones a la hora de reducir este tipo de desgaste.
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d) filo de aportación: el resultado de una baja temperatura -debida a bajas velocidades de corte- en la zona de corte en combinación con las presiones del material arrancado, es la formación de láminas de material de la pieza soldadas sobre el filo de corte, lo que conocemos como filo de aportación (también se le denomina BUE: built up edge), alterando la geometría del corte y convirtiendo, a menudo, un desprendimiento positivo en negativo y/o reduciendo el ángulo de incidencia por efecto del esmerilado del flanco. Algunos materiales son más tendentes a este efecto que otros, especialmente algunos materiales blandos que requieren de ciertas pautas para controlar la excesiva formación de filo de aportación. Así pues, en los mecanizados es importante trabajar con las condiciones de corte adecuadas para evitar la formación del filo de aportación: -
velocidad de corte, calidad de la herramienta, geometría positiva.
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Características del mecanizado aportación
e) fisuras térmicas: es característico en los mecanizados donde se genera mucho calor intermitentemente, produciendo la fatiga debido a las variaciones térmicas como el fresado y el torneado con grandes variaciones del espesor de viruta durante el arranque. Las fisuras suelen ser perpendiculares al filo, aunque también se dan algunos casos en que son paralelas. Cuando aparecen, el filo de corte se torna quebradizo, lo que conlleva que el material de la herramienta pueda romperse entre dos de ellas, destruyendo rápidamente todo el filo de corte, situación que detectaremos cuando por ejemplo durante una operación de acabado en un proceso de torneado empiece a producirse un acabado superficial deficiente. fisuras
Así pues, entendemos que una buena solución para este tipo de desgaste es la elección de un material del filo más tenaz, antes que trabajar sin refrigerante. f) astillamiento: relacionado con la fatiga a causa de que el filo de corte es inadecuado -insuficientemente fuerte- para el mecanizado a realizar, saltan pequeñas partículas del filo y éste queda dañado, rompiendo prematuramente. Generalmente este problema está generado por cortes intermitentes ya que los ciclos de presiones son variables, por lo que en esta tesitura se impone mayor tenacidad y/o cambio de la geometría del filo, más reforzada. La variedad de casos no permite generalizar soluciones, aunque podamos esbozar algunas, ya que en algunas operaciones puede ser debido al material de la pieza -aleado o de gran resistencia-, o si contiene mucha cantidad de partículas duras y la operación es de acabado con requerimientos muy ajustados. Por tanto, asegurando siempre la mayor estabilidad posible durante el mecanizado, nos moveremos con materiales del filo más tenaces para el desbaste -si es positivo con refuerzo- y más duros y resistentes al desgaste, para el acabado. En algunos casos, aumentando la velocidad de corte, con geometría positiva y disminuyendo el avance al inicio del mecanizado, también podemos evitar el astillamiento.
muescas
Al igual que en la mayoría de los casos, no trabajar con los parámetros de corte adecuados, calidad precisa del material del filo, y en algunos eventos -muy concretosel trabajar con refrigerante, son las causas de la generación de las fisuras térmicas. Existen planteamientos que sostienen que los mejores resultados de los procesos de fresado se obtienen cuando se trabaja sin refrigerante, e incluso que en el torneado los resultados no van a depender en muchos casos del uso de refrigerante. Desde nuestro entender, esto no es totalmente cierto, puesto que si bien en algunos casos puede ser así en lo concerniente a la creación de fisuras en algún tipo de plaquitas de metal duro, la función de los refrigerantes actuales (refrigerante-lubricante) no se limita sólo a la refrigeración del filo de corte, sino también a la disipación del calor que se acumula en la pieza como resultado del proceso de arranque de viruta -favoreciendo la homologación térmica-, así como de la lubricación de las superficies que contactan en el proceso: pieza-herramienta-viruta. En muchas ocasiones, la no-disipación del calor acumulado en la pieza provoca la falla dimensional y/o geométrica -por dilatación- de la misma, lo que se detecta cuando se verifica a temperatura estándar (20 ºC).
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g) rotura del filo: es el compendio de todos los factores erróneos en la selección de la herramienta, parámetros de corte, estabilidad de la máquina, sujeción de la pieza, etc. que culmina con la rotura. Así pues, cuando ocurre, es obligado el repaso y control de todos los aspectos susceptibles de ser causa de rotura. Generalmente, además de dañar la pieza que se está mecanizando, las secuelas de una rotura se extienden a los portaherramientas, pudiendo romper la placa base -en el caso de las plaquitas intercambiables- e incluso, la rotura de éste. Si el desastre adquiere magnitudes considerables -que no es deseable-, la máquina también puede quedar perjudicada. Cuando se trabaja con plaquitas, las operaciones de desbaste -especialmente el pesado- es aconsejable realizarlas con plaquita que tenga corte sólo por una cara, en lugar de las de doble cara, asegurando de esta forma un mayor asiento de la base.
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Características del mecanizado desembocan en que el filo de corte no produzca un arranque limpio. h) Uno de los mayores riesgos en máquina, difícil de prever incluso con observación regular es el astillamiento y/o rotura del filo de corte. Ya hemos expuesto algunas de las atenciones que se deben observar para evitarlo: condiciones de mecanizado y parámetros de corte.
Indicadores de los desgastes Es bueno tener a mano una lupa para poder inspeccionar el filo de corte y así, poder estudiar el tipo de desgaste que se está generando y su desarrollo, para si es necesario, poder variar las condiciones de mecanizado a tiempo. De todas formas, también aparecen indicadores que nos van a anunciar que el filo de corte empieza a inutilizarse. A continuación relacionamos algunos de ellos: a) El aumento de la potencia (kW) necesaria para arrancar el material a medida que mecanizamos, nos indica un incremento del esfuerzo debido a los cambios producidos en el filo de corte. b) Un ascenso excesivo del calor indica un filo de corte deformado que no corta como debe, por lo que causa una mayor fricción con el consiguiente aumento de la temperatura durante el mecanizado. c) Algunos ruidos muy agudos, generalmente motivados por las vibraciones causadas por el desgaste y el pertinente cambio de geometría del filo, nos indican que el arranque no se está desarrollando correctamente. d) La disposición a la vibración -si la pieza está bien equilibrada y amarrada- durante el mecanizado, a menudo indica que el filo de corte está deformado, realizando marcas en la pieza que se mecaniza con el correspondiente deterioro en el acabado superficial. e) Mal acabado superficial o dimensiones de la pieza fuera de tolerancias, especialmente en operaciones de acabado con requerimientos muy ajustados, nos indica que el filo de corte está estropeado. Casi todas las formas de desgaste generan problemas en estas situaciones. f) Los cambios de la geometría del filo debido al desgaste de la herramienta suelen generar un deficiente proceso de formación de la viruta, lo que conlleva una mala distribución del calor entre la herramienta, la pieza y las virutas, dando como resultado virutas mal formadas que no llegan a romperse adecuadamente. Por tanto, las marcas en las virutas y la malformación de las mismas son indicadores de que el proceso de desgaste de la herramienta está en marcha.
Las vibraciones siempre causan problemas en todas las operaciones de mecanizado. Por tanto, es importante garantizar la estabilidad y, en caso de aparecer vibraciones, estudiarlas cuidadosamente, ya que son la raíz de muchos problemas. Ya expusimos anteriormente que la vida de una herramienta queda determinada por el desgaste de su filo de corte, por lo que, después de lo presentado, concluimos que: la vida del filo de corte está determinada por la capacidad de garantizar la producción bajo los parámetros previstos (entre un mínimo y un máximo). Éste es un concepto muy importante especialmente en el mecanizado de producción con máquinas CNC, donde la posibilidad de inspección regular queda muy limitada y las consecuencias de un desgaste excesivo del filo de corte suelen acarrear graves efectos tanto en las piezas, como en las herramientas y máquinas, así como la pérdida de producción al tener que parar la máquina con mayor frecuencia para la sustitución del filo, y/o en caso de rotura los paros serán más cuantiosos por necesidad de sustitución y reglaje de portaherramientas y reparación de las piezas dañadas de la máquina.
Bloque 2. Operaciones de torneado Introducción El torneado es un proceso de mecanizado en el que mediante una herramienta de punta única -habitualmente- se arranca el material de la superficie de una pieza para conformar una forma cilíndrica. Plato universal
Contracabezal
g) La formación de rebabas durante el arranque, particularmente mecanizando aceros inoxidables, indica que el filo de corte ha perdido las condiciones para realizar un arranque correcto, seguramente porque su geometría ya no es tan positiva como inicialmente: -
desgaste en incidencia excesivo, deformación plástica, filo de aportación.
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Avance de la herramienta
Cilindrado exterior.
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Características del mecanizado
Cilindrado El torneado cilíndrico, denominado habitualmente cilindrado exterior o simplemente cilindrado cuando se refiere a la zona exterior de la pieza, y cilindrado interior o mandrinado, cuando se refiere a un mecanizado interior (por ejemplo, agrandar un agujero), es la operación con que se da forma -según medidas- a un cilindro de revolución. El cilindrado es la operación por excelencia del torno. El cilindrado interior (mandrinado, perforado, etc.) se realiza -generalmente- sobre piezas agarradas en los platos o bien con el plato y luneta fija; raras veces, aunque es viable, se colocan las piezas directamente sobre los carros.
z Achaflanado. El borde cortante de la herramienta se usa para mecanizar un ángulo en la esquina del cilindro y forma lo que se llama un “chaflán”. z Tronzado o segado. La herramienta avanza radialmente dentro de la pieza en rotación, en algún punto a lo largo de su longitud, para cortar el extremo de la pieza. A esta operación no se la debe confundir con el cajeado, que es prácticamente igual, pero sin llegar a cortar la pieza. z Roscado. Una herramienta en punta avanza linealmente a través de la superficie externa de la pieza y en dirección paralela al eje de rotación, a una velocidad de avance suficiente para crear filetes roscados en el cilindro. z Mandrinado. Una herramienta de interiores avanza en línea paralela al eje de rotación. z Taladrado. El taladrado se puede ejecutar en un torno, haciendo avanzar la broca dentro de la pieza a lo largo de su eje. El escariado se puede realizar de forma similar. z Moleteado. Ésta no es una operación de mecanizado porque no implica corte de material. Es una operación de conformado que se usa para producir un rayado regular en la superficie de la pieza.
Cilindrado interior.
Avance Avance
Avance
Avance
Refrentado
Torneado cónico
Perfilado
Torneado de formas
El mandrinado resulta algo más engorroso, por no poder observar siempre el desarrollo de la operación, por estar la herramienta sujeta a torsión y por mayor dificultad en la medición. Así pues, la profundidad de la pasada deberá ser adecuada a la robustez de la herramienta sobre la cual es conveniente señalar el recorrido o tomar una referencia de aproximación para que no tropiece con el fondo de la pieza, o bien contra el plato.
Operaciones que se realizan en el torno Además del cilindrado, se puede realizar una gran variedad de operaciones en un torno: z Refrentado. La herramienta se alimenta radialmente sobre el extremo de la pieza para crear una superficie plana. z Torneado cónico. En lugar de que la herramienta avance paralelamente al eje de rotación de la pieza, lo hace en cierto ángulo creando una forma cónica. z Perfilado o copiado. En lugar de que la herramienta avance a lo largo de una línea recta paralela al eje de rotación como en el cilindrado, sigue un contorno diferente a la línea recta, creando así una forma contorneada en la pieza. z Torneado de formas. En esta operación llamada algunas veces formado, la herramienta tiene una forma que se quiere dar a la pieza y se hunde radialmente dentro de la misma.
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Avance
Posibles avances alternativos
Achaflanado
Tronzado
Avance
Avance
Mandrinado
Roscado
Avance
Taladrado
Moleteado
Las herramientas de punta única se usan en la mayoría de las operaciones ejecutadas en los tornos. Una operación de roscado se ejecuta usando una herramienta, a veces de punta única y otras de más, diseñada con la forma del perfil de la rosca a realizar. Ciertas operaciones requieren herramientas diferentes, por ejemplo: el torneado de formas se ejecuta con una de diseño especial llamada herramienta de forma. El perfil de la forma tallada en la herramienta establece la forma de la pieza. Una herramienta de tronzado es básicamente una herramienta de corte frontal. El taladrado se realiza mediante brocas de distintos tipos. El moleteado se ejecuta con una herramienta de moleteado (moletas o grafilas) que consiste en dos rodillos templados y montados sobre sus centros. Los rodillos tienen el patrón de moleteado deseado en sus superficies. Para ejecutar el moleteado, se presiona la herramienta contra la superficie de la pieza con la presión suficiente para imprimir el patrón sobre la superficie de la misma.
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Características del mecanizado
Sujeción de las piezas
equiparse con mordazas y bridas estándar, o diseñadas a la medida de la forma particular de la pieza.
Para sujetar las piezas se utilizan distintos métodos, que a su vez consisten en varios mecanismos para sujetarlas, centrarlas y mantenerlas en posición sobre el eje del husillo, así como transmitirle el giro. Los métodos generales son: z z z z
entre puntos, plato universal, pinza, y plato de sujeción.
Perro de arrastre Pieza Punto giratorio
Plato de arrastre
La sujeción de la pieza entre puntos se refiere al uso de dos puntos de apoyo, uno en el cabezal y el otro en el contracabezal o contrapunto. Mordazas ajustables
Este método es apropiado para piezas que tienen cierta longitud y/o requieren de tolerancias geométricas concretas, como la concentricidad.
Pieza
En el husillo se monta un punto -donde apoya la pieza- y un plato de arrastre. En la parte exterior de la pieza, cercana al punto, se acopla un dispositivo llamado perro de arrastre, que se usa para transmitir la rotación del husillo. El centro del contrapunto -igual que el del cabezal- tiene una punta cónica que se inserta en un agujero practicado en el extremo de la pieza, llamado punto de centrado. El centro del contrapunto puede ser fijo o giratorio. El giratorio gira sobre rodamientos dispuestos en su interior, de manera que no hay rotación relativa entre la pieza y el punto y, por tanto, no hay fricción. En contraste, un punto fijo no gira, la pieza gira alrededor suyo. Debido a la fricción y a la acumulación del calor resultante, esta disposición se usa normalmente con velocidades de giro menores.
Pinza Barra
Camisa
El plato tiene varios diseños, con tres o cuatro garras para sostener la pieza cilíndrica sobre el diámetro exterior. Las garras, frecuentemente, se diseñan para sostener también por el diámetro interior de una pieza tubular. El plato auto-centrante tiene un mecanismo que mueve simultáneamente las garras hacia dentro o hacia fuera, y de esta forma centra la pieza en el eje del husillo. Otros platos permiten ajustar independientemente cada garra. Los platos se pueden usar con o sin el centro del contrapunto. Para piezas con baja relación entre la longitud y el diámetro, la sujeción de la pieza al plato -en voladizo- generalmente es suficiente para soportar las fuerzas de corte. Para barras de más longitud se necesita el soporte del contrapunto. Una pinza consiste en un eje tubular con ranuras longitudinales dispuestas sobre la mitad de su longitud e igualmente espaciadas alrededor de su circunferencia. El diámetro interior de la pinza se usa para sostener piezas de forma -generalmente cilíndrica-, tales como barras. Debido a las ranuras, la pinza se aprieta para reducir su diámetro y así, suministrar una presión de agarre segura sobre la pieza o la barra. Debido a la limitación en la reducción que se puede obtener en una pinza de cualquier diámetro, estos dispositivos de sujeción se fabrican en varias medidas para igualar el tamaño particular de la pieza. Un plato de sujeción -también llamado liso, o de ranurases un dispositivo de sujeción que se fija al husillo del torno y se usa para sostener piezas con formas irregulares, que no se pueden sostener por otros métodos. Por tanto, el plato suele
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Plato de sujeción
Superficie torneada Pieza Sujetadores (4)
Parámetros Anteriormente, en otros capítulos, ya enunciamos los tres parámetros de corte principales a contemplar en un proceso de mecanizado. Por tanto, en el torneado -como proceso de mecanizado- aplicamos estos parámetros a las características propias: z La velocidad de giro o de rotación de la pieza la obtenemos mediante la fórmula Vc n = ------- ⇒ min-1 π×D z En las operaciones de torneado que se trabaja sobre un cilindro, el cambio de diámetro queda determinado por la profundidad de pasada: D - d = 2ap
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Características del mecanizado z El avance fn normalmente se expresa en mm/vuelta, pero también podemos expresarlo en mm/min (velocidad de avance lineal) mediante la fórmula: fl = n × fn z El tiempo para mecanizar una parte de la pieza cilíndrica queda determinado por: L Tm = --- ⇒ minutos fl Generalmente se añade a la cota L una pequeña distancia, que corresponde a las distancia de seguridad-aproximación de la herramienta en el inicio de la pasada. z El caudal de arranque de viruta lo determinamos: Q = Vc × ap × fn ⇒ cm3/min o en mm3/min transformando algunas unidades (sólo para esta fórmula).
Bloque 3. Operaciones de taladrado Introducción El taladrado es una operación de mecanizado que se usa para crear agujeros redondos en una pieza. Esto puede contrastar con el mandrinado, ya sea en el torno o en cualquier otra máquina, pero el mandrinado solamente se utiliza para agrandar un agujero existente. El taladrado se realiza, generalmente, con una herramienta cilíndrica rotativa llamada broca, que suele tener dos bordes cortantes en su extremo. La broca avanza dentro de la pieza estacionaria -excepto en el torno- para generar un agujero cuyo diámetro está determinado por el diámetro de ésta. El taladrado habitualmente se realiza en un taladro, aunque casi todas las máquinas herramienta puedan ejecutar esta operación.
Taladrado con brocas helicoidales Existen distintos y variados tipos de herramientas de corte para hacer agujeros, pero la broca helicoidal todavía es la más común. Sus diámetros fluctúan desde 0,15 hasta 75 mm. Las brocas helicoidales se usan ampliamente en la industria para producir agujeros de forma rápida y económica. Cara inclinada Mango cónico
Cuello Ángulo de la hélice
Ángulo de la punta Diámetro de la broca
Longitud del mango
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Filo
Punta
Ranura
Cuerpo de la broca
Espesor del alma Labio
Generalmente, el cuerpo de la broca tiene dos ranuras o canales helicoidales (de la hélice deriva el nombre de broca helicoidal). El ángulo de las ranuras helicoidales se llama ángulo de la hélice, por ejemplo: un valor típico suele ser alrededor de 30º. Durante la operación, las ranuras actúan como canales de evacuación de la viruta del agujero. Aunque es deseable que la abertura de las ranuras sea grande para disponer del máximo paso para la viruta, el cuerpo de la broca debe ser rígido en toda su longitud. Esta rigidez la proprociona el alma o núcleo, que es el espesor de la broca entre las ranuras. La punta de la broca tiene la forma general de un cono. Un valor típico para el ángulo de la punta es de 118º. La punta se puede diseñar en varias formas, pero el diseño más común es el borde de cincel. Conectadas con el filo de la punta encontramos dos bordes cortantes llamados labios, que conducen hacia las ranuras. La zona de cada ranura adyacente al borde cortante actúa como la cara de incidencia de la herramienta. La acción de corte de la broca helicoidal es compleja. La rotación y el avance de la broca producen un movimiento relativo entre los filos cortantes y la pieza que forma la viruta. La velocidad de corte en cada filo varía en función de la distancia al eje de rotación. Por consiguiente, la eficiencia de la acción de corte varía, y es más eficiente en el diámetro exterior de la broca que en el centro. De hecho, la velocidad relativa en la punta de la broca es cero; por tanto, no hay corte. En su lugar, el borde de la punta de la broca empuja el material del centro hacia los lados cuando penetra dentro del agujero, requeriendo una gran fuerza de empuje para conducir la broca helicoidal hacia el interior. Al principio de la operación, el borde de la punta tiende a deslizarse sobre la superficie de la pieza, lo que provoca la pérdida de precisión posicional. Para resolver este problema se han desarrollado nuevos diseños de puntas. La evacuación de la viruta puede ser un problema en la operación de taladrado. La acción de corte tiene lugar dentro del agujero, y las ranuras deben disponer de un claro suficiente a lo largo de la longitud de la broca para permitir que salga la viruta del agujero. Al formarse la viruta, se mueve a través de las ranuras hacia la superficie del trabajo. La fricción complica la operación en dos formas. Además de la fricción usual en el corte de metales entre la viruta y la cara inclinada del filo, también hay fricción por el roce entre el diámetro exterior de la broca y la parte del agujero formado recientemente. Esto genera calor que eleva la temperatura de la broca y de la pieza, por lo que es necesario refrigerar con un fluido de corte a la punta del taladro para reducir la fricción y el calor, dificultándose la llegada de éste, debido a que la viruta fluye en dirección opuesta. Debido a la evacuación de la viruta y al calor, la profundidad del agujero que puede hacer una broca está limitada -normalmente- a un máximo de cuatro veces el diámetro. Algunas brocas helicoidales tienen conductos internos longitudinales, a través de los cuales se puede bombear el fluido dentro del agujero cerca de la punta de la broca. Una aproximación alternativa con las brocas helicoidales que no tienen conductos para el fluido es el uso de un procedimiento de “picoteo” durante la operación de taladrado. En este procedimiento la broca sale periódicamente del agujero para limpiar la viruta antes de volver a entrar.
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Características del mecanizado Las brocas se hacen normalmente de acero rápido y su geometría se fabrica antes del tratamiento térmico, mientras retiene un núcleo interno relativamente tenaz. El esmerilado se usa para afilar los filos de corte y la forma de la punta.
D
D Ángulo de la punta
Ángulo de la punta
Escariado
Roscado
Cajeado
Avellanado
Punteado o centrado
Refrentado
A Espesor de la pieza
t
Profundidad del agujero
d
Operaciones relacionadas con el taladrado Varias operaciones se relacionan con el taladrado. En la siguiente lista, muchas de las operaciones son posteriores al taladrado. Primero debe hacerse un agujero mediante taladrado y después modificarse por alguna de estas operaciones. El punteado o centrado y el refrentado son excepciones a esta regla. Todas las operaciones usan herramientas rotativas. Las operaciones son: z Escariado. Se usa para: agrandar ligeramente un agujero, suministrar una mejor tolerancia en su diámetro y mejorar su acabado superficial. La herramienta se llama escariador, el cual tiene por lo general ranuras rectas.
Bloque 4. Operaciones de fresado Introducción El fresado es una operación de mecanizado en la que se hace pasar una pieza enfrente de una herramienta cilíndrica rotativa con múltiples bordes o filos cortantes (en algunos casos se usa una herramienta con un solo filo). El eje de rotación de la herramienta es perpendicular a la dirección de avance. La orientación entre el eje de la herramienta y la dirección del avance es la característica que distingue al fresado del taladrado; en el taladrado, la herramienta de corte avanza en dirección paralela a su eje de rotación.
z Roscado interior. Esta operación se realiza por medio de un macho y se usa para realizar una rosca interior en un agujero existente.
La herramienta de corte para el fresado se llama fresa y los bordes cortantes se llaman dientes. La máquina herramienta que ejecuta tradicionalmente esta operación es una fresadora.
z Cajeado. En el cajeado se produce un agujero escalonado en el que un diámetro más grande sigue a un diámetro más pequeño parcialmente dentro del agujero. Se usa un agujero cajeado para asentar las cabezas de los pernos dentro de un agujero de manera que no sobresalgan a la superficie.
La forma geométrica creada por el fresado es una superficie plana. Se pueden crear otras formas mediante la trayectoria de la herramienta de corte o la forma de la misma. Debido a la variedad de formas posibles y a sus altas velocidades de producción, el fresado es una de las operaciones de mecanizado más versátiles y ampliamente usadas.
z Avellanado. Es una operación similar al cajeado salvo que el escalón en el agujero tiene forma de cono para tornillos y pernos de cabeza plana, para quitar rebabas o facilitar el acceso de un eje.
El fresado es una operación de corte interrumpido; los dientes de la fresa entran y salen de la pieza en cada vuelta, lo que interrumpe la acción de corte y grava los dientes con un ciclo de fuerzas de impacto y choque térmico en cada rotación. El material de la herramienta y la geometría se diseñan para soportar estas condiciones.
z Punteado o centrado. Esta operación realiza un agujero inicial para establecer con precisión el lugar donde se taladrará el siguiente agujero. La herramienta se llama broca de puntos o de centros. z Refrentado. Es una operación similar al fresado que se usa para proporcionar una superficie mecanizada plana en un área localizada de la pieza.
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Tipos de operaciones de fresado Hay dos tipos básicos de operaciones de fresado: fresado frontal y fresado periférico. Además, de la combinación de estos dos tipos se establece un tercero: el fresado combinado.
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Características del mecanizado
Nueva superficie Escalonado
Avan c
e
Fresado frontal.
Profundidad
Avance Pieza
Fresado periférico.
Escalonado paralelo simultáneo
z planeado o fresado de una placa, es la forma básica de fresado periférico en la cual el ancho de la fresa se extiende más allá de la pieza por ambos lados; z ranurado, también llamado fresado de ranuras, en el cual el ancho de la fresa es menor que el ancho de la pieza, creando una ranura (cuando la fresa es muy delgada se puede usar esta operación para tallar ranuras estrechas o para cortar una pieza en dos, llamado serrado); z escalonado, en el que la fresa mecaniza el lado de una pieza de trabajo; y z escalonado paralelo simultáneo, el cual es el mismo que el anterior, excepto que el corte tiene lugar en ambos lados de la pieza. En el fresado periférico hay dos direcciones opuestas de rotación que puede tener la fresa con respecto a la pieza. Estas direcciones distinguen dos formas de fresado, fresado en oposición y fresado en concordancia. Dirección de giro
Profundidad
Longitud de la viruta
Dirección de avance
Fresado en oposición Pieza
Dirección de giro
Avance
Fresado combinado.
Fresado periférico En el fresado periférico, también llamado cilíndrico y fresado plano, el eje de la herramienta es paralelo a la superficie que se está mecanizando, y la operación se realiza por los filos de corte de la periferia de la fresa.
Longitud de la viruta Dirección de avance Fresado en concordancia
En el fresado en oposición, también llamado fresado convencional, la dirección del movimiento de los dientes de la fresa es opuesta a la dirección de avance cuando cortan el material; es decir, cortan «contra el avance».
Planeado
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Ranurado
En el fresado en concordancia, también llamado fresado tipo trepado, la dirección del movimiento de la fresa es la misma que la dirección de avance cuando los dientes cortan el material. Es un fresado «con el avance».
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Características del mecanizado La geometría relativa de estas dos formas de fresado tiene sus diferencias en las acciones de corte. En el fresado en oposición, la viruta formada por cada diente de la fresa, inicialmente es muy delgada y aumenta su espesor durante el paso del diente. En el fresado en concordancia, cada viruta empieza gruesa y se reduce a través del corte. La longitud de una viruta en el fresado en concordancia es menor que en el fresado en oposición, lo que significa una reducción en el tiempo de trabajo por volumen de material arrancado, lo cual tiende a incrementar la vida de la herramienta en el fresado en concordancia. La dirección de las fuerzas de corte difieren en los dos tipos. La dirección de la fuerza de corte es tangencial a la periferia de la fresa para los dientes que están agarrados en el material. En el fresado en oposición hay una tendencia a levantar la pieza al salir del material los dientes de la fresa. En el fresado en concordancia la dirección de la fuerza de corte es hacia abajo, y por esa causa la pieza se mantiene contra la mesa de la fresadora.
Fresado frontal
z convencional, cuando el diámetro de la fresa es más grande que el ancho de la pieza, de tal manera que la fresa sobrepasa en ambos lados, z parcial o combinado, en el cual la fresa sobrepasa la pieza solamente en un lado, z ranurado o terminal, en el cual el diámetro de la fresa es menor que el ancho de la pieza, de manera que se genera una ranura dentro de la pieza, z perfilado, es una forma de fresado terminal en el cual se genera un superficie plana en la periferia, z fresado de cajeras, otra forma de fresado terminal usada para fresar cavidades poco profundas en piezas planas, z contorneado superficial o copiado, en el cual una fresa con punta esférica se hace avanzar en los tres ejes de la pieza, a lo largo de una trayectoria curvilínea a pequeños intervalos para crear una superficie tridimensional. Se requiere el mismo control básico para mecanizar los contornos de moldes y matrices.
Operaciones en centros de mecanizado
En el fresado frontal, el eje de la fresa es perpendicular a la superficie de trabajo y el mecanizado se ejecuta por los bordes o filos cortantes del extremo y la periferia de la fresa.
Ya vimos en el capítulo 0 las diversas posibilidades de los centros de mecanizado en todas sus versiones: verticales, horizontales, sobre eje, etc. Como muestra de la combinación de las distintas operaciones que se pueden realizar en las máquinas de este tipo, presentamos un ejemplo en el que se pueden apreciar operaciones de torneado, fresado y taladrado.
Convencional
Parcial o combinado Pieza a mecanizar (forma inicial)
Herramienta de cilindrado
Fresa de corte
Avance Ranurado o terminal
Perfilado Torneado
Broca Avance
Fresado de cajeras
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Fresado
Herramienta de tronzado
Avance
Contorneado o copiado
Taladrado
Torneado
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5
Características del mecanizado
Bloque 5. Operaciones de cepillado, brochado y aserrado
Para mecanizar algunas de estas formas, es necesario el uso de geometrías especiales diferentes a las herramientas estándar. De hecho, algunas herramientas especiales para mecanizado se utilizan a veces para este fin: una fresa vertical diseñada especialmente para corte rotativo, reafilada y adecuada al soporte puede utilizarse para el dentado de ruedas.
Introducción En el capítulo 0 (máquinas con movimiento de corte rectilíneo), ya se vieron las distintas posibilidades de las máquinas utilizadas para los trabajos de cepillado, así como las diferencias que las determinaban. Para recordar un poco la diferencia, en la figura observamos el trabajo de cepillado en una cepilladora y en una limadora.
Brochado El brochado se ejecuta utilizando una herramienta de corte de múltiples dientes que se mueve linealmente con relación a la pieza en dirección al eje de la herramienta.
Herramienta
Movimiento velocidad (lineal)
Movimiento avance (intermitente)
Superficie nueva Corte por diente
Longitud total de la brocha
Pieza
Limadora
Dientes de acabado Piloto trasero
Guía
Movimiento avance (intermitente)
Superficie nueva
Movimiento velocidad (lineal)
Pieza
Dientes de desbaste Dientes para semiacabado
Piloto delantero
Extremo de tracción
En la siguiente figura se muestran algunas posibles secciones transversales que pueden lograrse por brochado exterior. El brochado interior se ejecuta en la superficie interna de un agujero de la pieza. Por consiguiente, en la pieza debe estar presente un agujero inicial de manera que se pueda insertar la brocha al principio de la carrera.
Pieza
Brochado exterior
Cepilladora o cepillo
Con el cepillado, además de mecanizar superficies planas, se pueden mecanizar otras superficies diferentes creando distintos perfiles. La restricción es que las superficies deben ser rectas. Esto permite el tallado de canales, ranuras, dientes de ruedas dentadas y otras formas.
Brochado interior
Aserrado Canal en V
Canal recta
Cola de milano
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Ranura en T
Dentado de ruedas
El aserrado es un proceso en el que se genera una hendidura estrecha dentro de la pieza mediante una herramienta que tiene una serie de dientes estrechamente espaciados. El aserrado se usa normalmente para separar una parte de la pieza o para cortar un trozo no deseado. El aserrado es un proceso importante en la manufactura, ya que muchas industrias requieren de operaciones de corte en algunos puntos de su secuencia.
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Características del mecanizado En la mayoría de las operaciones de aserrado el trabajo se mantiene estático y la hoja de sierra se mueve con respecto a él. De acuerdo con el tipo de movimiento de la sierra, encontramos tres tipos básicos de aserrado:
Avance
Carrera de retorno
Pieza
Hoja de sierra
Transmisión de fuerza
Espesor de la rueda Cara de rectificado
Arco
Diámetro de la rueda
Diámetro del agujero de montaje
Armadura metálica de la rueda
Carrera de corte
Profundidad del abrasivo en el perímetro de la rueda
Mesa de trabajo Sierra alternativa de arco Diámetro de encaje Profundidad de encaje
Cara de rectificado Hoja de sierra
Avance Borde rectificado
Mesa de trabajo
Cara de rectificado
Hoja de sierra
Sierra de cinta
Disco de sierra
Avance
Espesor de la pared de la cara esmeriladora
Cara de rectificado
Pieza
Mesa de trabajo
Cara de rectificado
Sierra de disco
Bloque 6. Operaciones de rectificado y acabado Introducción El rectificado es un proceso de arranque de material en el cual las partículas abrasivas están contenidas en una rueda de esmeril aglutinado que trabaja a velocidades superficiales muy altas. La ruedas de esmeril tienen diversas formas. La más común es la forma de disco, equilibrada con toda precisión para soportar altas velocidades de rotación.
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Diversas formas de ruedas para rectificado.
El rectificado es similar al fresado, en ambas técnicas, el corte ocurre en la periferia o en el frente. El rectificado periférico es mucho más común que el frontal. La rueda de esmeril consiste en muchos dientes cortantes (partículas abrasivas) y la pieza avanza hacia esta rueda para lograr el arranque del material. A pesar de las similitudes, hay algunas diferencias significativas entre el esmerilado y el fresado: z los granos abrasivos en la rueda son mucho más pequeños y numerosos que los dientes de una fresa,
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Características del mecanizado z las velocidades de corte en el rectificado son mucho más altas que en el fresado, z los granos abrasivos en una rueda de esmeril están orientados aleatoriamente y tienen un ángulo de incidencia -de promedio- muy alto, z una rueda de esmeril es auto-afilante al desgastarse la rueda, las partículas abrasivas pierden el filo y se fracturan, creando nuevos filos, o se eliminan de la superficie de la rueda para dejar paso a nuevos granos. Estructura del aglutinante Grano individual
Fluidos para el rectificado
Viruta Pieza
Material arrancado lateralmente
Fricción contra la superficie
Consideraciones para la ejecución del rectificado Muchas son las variables que afectan en el buen desarrollo del rectificado. A continuación, listamos unas pautas que creemos pueden ayudar a seleccionar los parámetros apropiados de la rueda y las condiciones de rectificado: z Para optimizar el acabado superficial seleccionar una estructura de rueda densa con granos de tamaño pequeño. Usar también, velocidades más altas y avances pequeños. Profundidades de corte más pequeñas y mayores diámetros de rueda también pueden ayudar algo. z Para maximizar la velocidad de arranque de material, seleccionar un tamaño de grano grande, estructura de rueda más abierta y aglutinante vitrificado. z Para rectificar acero y la mayoría de las fundiciones de hierro, seleccionar el óxido de aluminio como abrasivo. z Para rectificar la mayoría de los metales no ferrosos, seleccionar el carburo de silicio como abrasivo. z Para rectificar aceros de herramienta endurecidos y ciertas aleaciones aeroespaciales elegir el nitruro de boro cúbico (borazón) como abrasivo. z Para rectificar materiales abrasivos duros, como cerámicos, carburos cementados y vidrio, elegir el diamante como abrasivo. z Para metales suaves, escoger un tamaño de grano grande y el grado de rueda más duro. Para metales duros, elegir un tamaño de grano pequeño y un grado más suave de rueda.
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z Para minimizar el daño por calor, el agrietado y el alabeado de la superficie de trabajo hay que mantener el afilado de la rueda, rectificar la rueda frecuentemente y usar profundidades de corte más ligeras, velocidades de giro más bajas y avances más rápidos. z Si se abrillanta la rueda de esmeril y se quema, seleccionar una rueda de grado más suave y estructura más abierta. z Si la rueda de esmeril se rompe rápidamente, seleccionar una rueda de grado más duro y estructura más densa.
La correcta aplicación de los fluidos de corte es efectiva para reducir los efectos térmicos y las altas temperaturas superficiales de trabajo que se generan. Cuando estos fluidos se usan en el rectificado, acometen las mismas funciones que en el resto de operaciones de mecanizado: reducir la fricción y evacuar el calor de los procesos. Además, el lavado de las virutas y la reducción de la temperatura de la superficie de trabajo son muy importantes en el rectificado.
Otras operaciones con esmeril Debemos mencionar otras operaciones con esmeril para tener una visión más completa. Éstas incluyen el afilado de herramientas, rectificado de plantillas, esmeriladoras, bandas abrasivas y rebarbado. Las herramientas de corte están hechas de acero rápido endurecido y otros materiales duros. Los afiladoras de herramientas son máquinas de rectificado especiales, con diversos diseños para afilar y reacondicionar las herramientas de corte. Estas máquinas tienen dispositivos que posicionan y orientan las herramientas durante el rectificado de las superficies deseadas, a los ángulos y radios especificados. Muchas afiladoras de herramientas son de propósito general, mientras que otras tienen el único propósito de cortar la geometría de tipos específicos de herramienta. Las de propósito general usan utillajes especiales y ajustes para poder adoptar una amplia variedad de herramientas. Las de propósito único incluyen rectificadoras de engranajes, afiladoras de fresas de varios tipos, de escariadores y de brocas. Las rectificadoras de plantillas o patrones son máquinas usadas tradicionalmente para rectificar agujeros de alta precisión en piezas de acero endurecido. Las aplicaciones originales incluyen matrices, troqueles y herramientas. Aunque estas aplicaciones son todavía importantes, las rectificadoras de plantillas se usan actualmente en un campo más amplio, donde se requiere alta precisión y buen acabado de componentes endurecidos. Actualmente, estas máquinas ya disponen de control numérico para lograr una operación automatizada. Las esmeriladoras de disco, más conocidas como electroesmeriladoras o «muelas», son máquinas de uso general que incorporan dos discos grandes montados en ambos extremos de un eje horizontal.
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Características del mecanizado Protección Disco abrasivo (ambos lados)
Husillo
Mesa de trabajo
zas de fundición, forjado y alisado de las cordones de soldadura. El esmerilado con bandas de abrasivo usa partículas abrasivas pegadas a una banda flexible (tela).
Máquina
La pieza se mantiene contra la superficie plana de la rueda (en general, manualmente) para realizar la operación de esmerilado. Algunas máquinas tienen husillos opuestos dobles. Ajustando los discos a la separación deseada, la pieza puede avanzar automáticamente entre los dos discos y esmerilarse simultáneamente sobre los lados opuestos. Las ventajas del esmerilador de discos son su buena planicidad y paralelismo a velocidades altas de producción. La configuración de las rebarbadoras es similar a las esmeriladoras de disco. La diferencia es que el esmerilado se hace en la periferia de la rueda más que en el lado plano de la rueda. Por tanto, el diseño de las ruedas de esmeril es diferente del de las esmeriladoras de disco. El rebarbado es generalmente una operación manual para operaciones de esmerilado de desbaste, tales como quitar la rebaba de pie-
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Polea loca
Plancha soporte
Pieza
Banda abrasiva Husillo motor
El soporte de la banda se requiere cuando la pieza se presiona contra ella. Este soporte se consigue por medio de un rodillo o placa localizado detrás de la banda. Se usa una placa plana para trabajos que necesiten superficies planas. Se puede usar una placa suave si se quiere conformar la banda al contorno general de la pieza durante el esmerilado. La velocidad de la banda, aunque alta, depende del material que se está esmerilando.
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Herramientas (arranque de viruta) Contenido BLOQUE 1. Herramientas para las operaciones de mecanizado z Introducción. z Materiales. z Recubrimientos. BLOQUE 2. Selección de herramientas z z z z z z z
Introducción. Formas. Tolerancias. Acabado superficial. Formación de la viruta y ángulo de posición. Factores a considerar para la selección. Pauta para la selección.
BLOQUE 3. Herramientas para operaciones de torneado BLOQUE 4. Herramientas para operaciones de fresado BLOQUE 5. Herramientas para operaciones de taladrado BLOQUE 6. Herramientas para operaciones de roscado BLOQUE 7. Identificación ISO de las herramientas z Introducción. z Plaquitas intercambiables para torneado, fresado, taladrado y mandrinado. z Portaherramientas de exteriores y barras de mandrinar. z Herramientas de fresado. z Acoplamientos y adaptadores. z Brocas de plaquita intercambiable. z Cabezas de taladrar/mandrinar. z Cartuchos de plaquita intercambiable. z Plaquitas de roscado. z Brecas de plaquita intercambiable. z Herramientas ISO soldadas.
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Herramientas (arranque de virutas)
Bloque 1. Herramientas para las operaciones de mecanizado Introducción
Así pues, cuando se selecciona una herramienta se contemplan varios factores, tales como: a) Operaciones: z desbaste o acabado, z condiciones de trabajo, y z cortes continuos o discontinuos.
La evolución en el desarrollo de los materiales para herramientas a lo largo de casi todo el siglo XX, especialmente desde la década de 1930, la cual sigue ampliándose en nuestros días, hace que estos materiales estén sujetos a variaciones -a veces vertiginosas- como consecuencia de nuevos progresos. Tanto es así, que actualmente cuando hablamos de acero rápido para herramientas de corte, es conveniente especificar si es al cobalto (HSSCo), micrograno, recubierto, etc., lo que supone una gran diferencia con relación a sus orígenes a finales del siglo XIX (1898 –Taylor y White), o cuando F.W. Taylor en 1900, durante la exposición de París realizó su célebre demostración. En nuestros días, disponemos de materiales de herramientas específicos, destinados a mejorar cada una de las operaciones de mecanizado, arrancando el material con óptimos rendimientos. Materiales completamente nuevos y otros mejorados -como el acero rápido- permiten trabajar a velocidades de corte mayores. No obstante, la introducción y el desarrollo continuado de los materiales duros (inicialmente carburos cementados con base de carburo de tungsteno) han sido lo que, en el ámbito productivo industrial, ha mejorado realmente el arranque durante las últimas décadas.
Plaquita de metal duro con recubrimiento, para fresado de acero.
b) Forma de la pieza y material: z z z z z z z
Así pues, no es descabellado reconocer que la evolución de los materiales para herramientas ha sido y es uno de los factores que ha colaborado -con nombre propio- al desarrollo de la moderna industria del mecanizado. Por tanto, debido a esa impetuosa evolución, lo que hoy se pueda reflejar en este texto como algo novedoso, es probable que mañana ya sea caduco.
tipo de material, estructura, dureza, resistencia, afinidad del material, composición, capa superficial e inclusiones.
Plaquita de metal duro con recubrimiento, para fresado de fundición.
c) Máquina-herramienta: z z z z z z
Materiales Fundamentalmente, la herramienta arranca el material porque es más dura que el de la pieza a mecanizar y está afilada de forma penetrante, por lo que, cuando hablamos de una herramienta para tal o cual operación, estamos hablando de una combinación de geometría y material de la misma.
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condición, potencia, rigidez, mecanismos, capacidad de velocidad y avance, y sujeción de la pieza.
Plaquita de metal duro con recubrimiento, para fresado de aceros inoxidables.
d) Condiciones de corte: z parámetros de corte, z temperatura y esfuerzo sobre el filo, y z material de corte.
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Herramientas (arranque de viruta) También debe contemplarse la resistencia del material a los efectos producidos por choques térmicos, p.ej.: cortes interrumpidos y fresado. La conexión química entre la herramienta y el material de la pieza debe evitarse en lo posible, para que no se produzcan reacciones indeseables entre el filo y la pieza durante el mecanizado, lo que favorecería un rápido desgaste.
Plaquita de metal duro con recubrimiento, para fresado de metales no férreos.
e) Acabado solicitado: z acabado superficial deseado, y z tolerancias.
Como ejemplos: el diamante policristalino no es apropiado para el mecanizado de materiales ferrosos y, algunos metales duros producen filos de aportación mecanizando aceros dúctiles a baja velocidad de corte. También la resistencia a la oxidación juega un papel importante en el desarrollo de calidades resistentes a estos tipos de desgaste. Consecuencia de la correcta selección del material de corte, se contempla el factor económico. Esto es, los tiempos muertos de las máquinas por rotura y/o desgaste de las herramientas, establecen limitaciones importantes a la productividad y la selección del material de la herramienta, por lo que las calidades correctas están en zona crítica. Es impensable que una calidad plural pueda cubrir todas las expectativas del mecanizado, aunque hay calidades que cubren un amplio espectro de aplicaciones.
Plaquita de metal duro con recubrimiento, para taladrado con broca de plaquitas intercambiables.
f) Estabilidad general del sistema. g) Costes de mecanizado. En los materiales de las herramientas actuales -para altas velocidades de corte y avances considerables- es importante contemplar tres propiedades preferentes: z resistencia al desgaste: capacidad de mantenerla alta, z resistencia a la rotura (tenacidad), y z resistencia al calor y dureza en caliente: capacidad de mantener la dureza y estabilidad química a temperaturas altas. También, cuando se trabaje con bajas velocidades de corte será necesario contemplar otras propiedades. z Resistencia al desgaste: en el capítulo 5 ya vimos que además del desgaste en incidencia, otros tipos producían un cambio dimensional. Por tanto, entendemos esta resistencia al desgaste como: la capacidad de aguantar distintas formas de desgaste manteniendo la posibilidad de que el filo siga arrancando de manera admisible. z Tenacidad: aunque pueda expresarse en distintas formas, utilizaremos la resistencia plástica y la resistencia a la rotura transversal durante el mecanizado, que no es lo mismo que los valores dados a temperatura de trabajo, puesto que no nos dan información relevante en cuanto a su comportamiento. El diamante policristalino (PCD), que es un material frágil, tiene menor tenacidad en comparación con el acero rápido (HSS). z Resistencia al calor: vital para el mecanizado a velocidades de corte altas, puesto que se alcanzan temperaturas elevadas cuando se mecaniza: las diferencias entre la variedad de materiales de corte son considerables.
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Actualmente, no sólo los metales duros y aceros rápidos dominan el ambiente del mecanizado; cermet, nitruro de boro cúbico (CBN) y cerámicas ya tienen su espacio en el mecanizado convencional. Mención aparte para el mecanizado de alta velocidad. El acero rápido es el doble de tenaz que el metal duro, quien a su vez, el triple más tenaz que la cerámica. La dureza de la cerámica es mayor que la del metal duro, disponiendo de mejor estabilidad química y térmica que éste. En el límite de dureza, y por tanto de fragilidad se encuentra el diamante policristalino. Así pues, nos encontramos con un amplio abanico de posibilidades dentro de los materiales de corte, con diferencias considerables, lo que significa que para mejorar las operaciones de mecanizado con la calidad más correcta, requiere de un completo análisis de los diferentes materiales para tomar una decisión correcta. Como pauta general, estableceremos que el material adecuado debe ser: z duro, capaz de resistir el desgaste en incidencia y la deformación, z suficientemente tenaz para resistir la rotura, z químicamente pasivo con el material de la pieza, y a su vez, estable para soportar la oxidación y la disolución, z resistente a los choques térmicos. Distintas opciones nos pueden ayudar para la correcta selección del material del filo de corte: z tablas comparativas entre distintos materiales y calidades, z datos que nos facilitan los proveedores de herramientas con indicaciones para que aplicaciones y parámetros de corte sean adecuados, z apoyo de un especialista experimentado, z etc.
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Herramientas (arranque de virutas) Todo ello nos conducirá a la mejora de las operaciones, que posteriormente, aportando la propia experiencia obtenida mediante otras operaciones y pruebas, nos proporcionará una inestimable base de datos para el continuo desarrollo.
Actualmente, las acerías -que se precien- productoras de aceros rápidos, fabrican el acero rápido más adecuado para cualquier aplicación -a la carta- acentuando determinadas propiedades mediante la selección de los correspondientes componentes de la aleación.
Acero rápido Muchas de las herramientas empleadas en los procesos de mecanizado se fabrican dentro de la gama de aceros rápidos, ya sean del tipo siderúrgico clásico o pulvimetalúrgico (también conocidos como «micrograno»). También para la fabricación de herramientas para el mecanizado sin arranque de viruta, p.ej.: para herramientas de extrusión y troquelado. En cuanto a la composición de las aleaciones, se distingue entre aceros aleados al tungsteno, al molibdeno y al tungsteno-molibdeno, que contienen porcentajes diferentes de carbono, vanadio y cobalto, según el tipo de esfuerzo principal al que van a ser sometidos. Las propiedades características de todos los aceros rápidos son: z gran dureza útil, z elevada resistencia al desgaste, z elevada resistencia en el revenido y dureza en caliente (dureza al rojo vivo), z buena tenacidad.
Acero rápido micrograno Se fabrica por pulvimetalurgia. A partir de polvo de los componentes de la aleación, con la granulación adecuada y máxima pureza, se fabrica en un proceso de difusión realizado bajo presión y temperatura. Es un acero rápido homogéneo, sin segregación y con propiedades prácticamente isotrópicas: máxima resistencia al desgaste, a la dureza en caliente y a la compresión. Gracias a la tecnología pulvimetalúrgica posee una buena tenacidad y excelente maquinabilidad, por ejemplo óptima aptitud para el rectificado. Entre sus aplicaciones, podemos encontrar: z Herramientas para el arranque de viruta de materiales metálicos no férreos, tales como aleaciones a base de níquel y titanio: -
Los componentes de la aleación tienen sobre el material los siguientes efectos: z Carbono: Elemento carburígeno, aumenta la resistencia al desgaste, determina también la dureza del metal matriz. z Tungsteno y molibdeno: Mejoran la dureza en caliente, la resistencia en el revenido y en caliente del metal matriz, son elementos carburígenos para carburos muy duros. z Vanadio: Elemento carburígeno especial para los carburos más duros, aumenta la resistencia al desgaste en caliente, la resistencia en el revenido y la dureza en caliente del metal matriz. z Cromo: Garantiza el temple total, elemento carburígeno para carburos fácilmente solubles. z Cobalto: Mejora la dureza en caliente y la resistencia al revenido del metal matriz. z Aluminio: Mejora la resistencia en el revenido y la dureza en caliente.
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Fresas cilíndricas de una o varias piezas. Fresas de disco, fresas perfiladoras, fresas helicoidales. Herramientas de brochar de todo tipo. Machos para roscar a máquina. Brocas espirales. Peines de roscar. Escariadores. Cintas de sierra bimetálicas.
z Herramientas para esfuerzos de compresión extrema, como el corte de precisión de materiales de alta resistencia: -
Punzón cortador. Punzón de conformado. Troqueles
Su composición química, aproximadamente en % es: C
Si
Mn
Cr
Mo
V
W
Co
1,30
0,50
0,30
4,20
5,00
3,00
6,30
8,40
Características y selección de los aceros rápidos En la selección de los aceros rápidos, al igual que en cualquier tipo de herramienta, hay que tener en cuenta las diversas características necesarias para responder a las condiciones
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Herramientas (arranque de viruta) de mecanizado, asi como, en caso de tener que fabricarla, algunas propiedades que pueden influir en su fabricación, es decir, en la mayor o menor facilidad de producirla. Así, tenemos entre aquellas características la resistencia a la abrasión, la tenacidad y la dureza en caliente, mientras que entre las propiedades que influyen en la fabricación de la herramienta tenemos la aptitud al rectificado, susceptibilidad a la descarburación, maquinabilidad, seguridad de temple, etc. Naturalmente otro factor importante en la elección es el precio en función del rendimiento.
Características
z Seguridad de temple. Los aceros a base de molibdeno son más susceptibles a la descarburación que los aceros con wolframio. Por otra parte, los aceros con mayor aleación y mayor contenido de carbono son asimismo más susceptibles a la descarburación que los aceros rápidos menos aleados. Otro factor es el intervalo de temperaturas de temple. Los aceros al wolframio son más fáciles de templar bajo este aspecto que los aceros al molibdeno. Por otra parte, el cobalto amplía la gama de temperaturas de temple. Con los aceros de muy alto contenido de carbono, por encima de 1,1% ocurre que al bajar la temperatura de líquido se limita peligrosamente la gama de temperaturas adecuadas para el temple. También existe el peligro de formación local de grano basto.
z Resistencia a la abrasión. La resistencia a la abrasión de los aceros rápidos a las temperaturas de servicio la dan los carburos presentes, teniendo importancia no sólo su número y morfología, sino asimismo su composición. Por ejemplo, los carburos de vanadio (VC) son los más duros y resistentes al desgaste, por esta razón todos los aceros rápidos llevan en mayor o menor cantidad adición de vanadio. Los aceros rápidos llevan normalmente de 1,5 a 2% de vanadio y de 0,75 a 0,85% de C. Cuando se aumenta el vanadio es necesario también subir el carbono (incluso hasta 1,25% C) para asegurar la formación de los carburos. z Tenacidad. Generalmente, los aceros rápidos al molibdeno, suelen ser más tenaces que los aceros al wolframio. Los aceros rápidos con cobalto son más frágiles que los correspondientes aceros sin cobalto. La tenacidad o resistencia al impacto es importante en las herramientas que están sometidas a choque, en general las que el corte es intermitente, tales como fresas y brochas.
Metal duro En el bloque 3 (Cerámicos) del capítulo 1 - Materiales utilizados en fabricación mecánica, ya expusimos la composición de los materiales duros más utilizados en las herramientas para el mecanizado, a saber: z z z z
Óxidos: cerámicas, Carburos: metal duro, cermet, Nitruros: nitruro de boro cúbico (CBN), Diamante: diamante policristalino (PCD),
por lo que en este bloque ampliaremos algunos conceptos referentes a su producción y aplicaciones.
z Dureza en caliente. No influyen en esta característica los carburos, sino la matriz y en ésta actúa ventajosamente la presencia de cobalto que permite el enriquecimiento de la matriz, tanto de carbono como de otros elementos de aleación. z Aptitud al rectificado. Llamamos así a la facilidad con que una herramienta tratada a su máxima dureza puede rectificarse bajo condiciones externas óptimas. Influyen la cantidad, tipo y tamaño de los carburos. Los carburos de vanadio son extremadamente duros y su dureza viene a ser la misma que la de los abrasivos, por lo que presentan los aceros altos en vanadio grandes dificultades al rectificado. Los carburos de molibdeno o wolframio no son tan duros y por ello no son tan desventajosos en este aspecto. Por otra parte, al aumentar el tamaño de carburos, disminuye también la facilidad de rectificado. La aptitud al rectificado se puede mejorar por adición de azufre al acero. z Maquinabilidad. En líneas generales la maquinabilidad de estos aceros en estado recocido, también depende del tipo de carburos, su cantidad y morfología, así como de la dureza que depende, a su vez, de los elementos de aleación. La presencia de azufre mejora la maquinabilidad.
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Fabricación del metal duro para herramientas de corte (plaquitas) El metal duro es un producto pulvimetalúrgico, fabricado principalmente con la mezcla de cierto número de carburos distintos, según las prestaciones de la plaquita. Recordemos que los más utilizados son: carburo de Tungsteno (WC), carburo de Titanio (TiC), carburo de Tantalio (TaC) y carburo de Niobio (NbC). Los aglomerantes más utilizados son el cobalto (Co) y níquel (Ni), y algunas calidades llevan aditivos: molibdeno (Mo) y cromo (Cr). Las diferentes calidades están determinadas por: z tipo y tamaño del grano: granos pequeños mayor dureza, granos gruesos mayor tenacidad, z tipo y proporción del aglomerante: en función del tamaño del grano (del 4% al 20% aproximadamente), z técnica de fabricación y calidad.
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Herramientas (arranque de virutas) Su fabricación, mediante un proceso escrupulosamente controlado, se produce a través de los siguientes pasos: a) b) c) d) e)
producción del polvo, prensado, sinterizado, tratamiento de la plaquita, recubrimiento.
Producción del polvo La materia prima principal utilizada para la fabricación del metal duro es la mena de tungsteno, que antes de ser aceptada para la producción es sometida a chequeo, no solamente de los constituyentes que la forman, sino también para determinar datos físicos decisorios. Recordemos que la scheelita (CaWO4) y la volframita ((FeMnWO4) también pueden ser utilizadas. La concentración típica suele contener un 70% del peso de óxido túngstico (WO3). Los polvos de los carburos y el aglutinante metálico se mezclan en húmedo, después de seguir una serie de procesos de molienda y, reacciones y reducciones químicas (carburización) -donde, entre otras cosas se determina el tamaño del grano-, en un molino de bolas u otra máquina adecuada para formar un lodo homogéneo, en el que para alcanzar la mayor eficacia en el molido y perseverar bajo mínimos la inclusión de impurezas, las bolas son de metal duro. Seguidamente, el lodo se seca en atmósfera controlada o al vacío, para prevenir la oxidación en la preparación para el prensado. Para que un lote de polvo molido sea validado para seguir con el proceso, debe superar el control establecido mediante un número fijo de probetas para cada lote -de acuerdo con el procedimiento establecido para la fabricación del metal durodonde se comprueban las características físico-metalúrgicas y tecnológicas: estructura, porosidad, peso específico, dureza y resistencia a la flexión.
Prensado Se emplean distintos métodos para dar forma a la mezcla de polvos en un «prensado verde», aunque el más común es el prensado en frío. Las matrices que se utilizan deben construirse sobredimensionadas, teniendo en cuenta la contracción que se produce durante el sinterizado. La contracción lineal oscila entre el 17% y el 20%, y en muy raros casos es superior. Cuando se trata de gran producción, a las matrices se les aplica un recubrimiento para reducir el desgaste (WC-Co), debido a la naturaleza abrasiva de las partículas de los carburos. Cuando son cantidades más pequeñas, se prensan grandes secciones planas y luego se cortan en piezas más pequeñas del tamaño específico. Otros métodos de prensado para productos de carburos cementados son: prensado isostático y prensado en caliente para piezas grandes -matrices para estirado, bolas para molinos de bolas-, y extrusión para secciones largas circulares, rectangulares u otras.
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Sinterizado Siendo posible sinterizar WC y TiC sin aglutinante, el material resultante poseerá algo menos del 100% de la densidad real. La utilización de un aglutinante proporciona una estructura que potencialmente está libre de porosidad. El sinterizado de WC-Co implica el sinterizado en fase líquida. El proceso puede explicarse con el diagrama de fase binaria para estos constituyentes. Rango típico en la composición de carburos cementados. ºF
ºC
Líquido
3200
1800
WC + líquido
1600
γ + Líquido
2800 1.320 ºC 2400
γ WC + γ
2000
1400 1200 1000
1600 0 WC
25
50 75 % en peso de cobalto
100 Co
En él identificamos el rango de la composición típica para los productos comerciales de metal duro (carburo cementado). Las temperaturas típicas de sinterizado para WC-Co se encuentran entre 1.370 °C y 1.425 °C, las cuales están por debajo del punto de fusión del cobalto, que es de 1.495 °C, por tanto, el aglutinante (metal puro) no funde durante el sinterizado. Sin embargo, tal como muestra el diagrama de fase, el WC se disuelve en el Co en el estado sólido. Durante el proceso, el WC se disuelve gradualmente dentro de la fase gamma (γ) y su punto de fusión se reduce, de tal forma que finalmente el metal se funde. A medida que se forma la fase líquida, ésta fluye y cala las partículas de WC, y disuelve el sólido. La presencia del metal fundido también sirve para remover gases de las regiones internas del prensado. Estos sistemas se combinan para efectuar un reajuste entre las partículas de WC restantes, lo cual produce una mejor compactación, así como la contracción significativa de la masa del WC-Co y su densificación. A continuación, durante el enfriado, el carburo disuelto se precipita y deposita dentro de los cristales ya existentes, para formar una estructura consistente, bañada completamente por el aglutinante.
Tratamiento de la plaquita Algunas placas requieren de procesados concretos después del sinterizado para lograr un control dimensional adecuado: tolerancias estrechas y espesores determinados de las plaquitas, así como radios, chaflanes, facetas y ángulos. La mayoría de las
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Herramientas (arranque de viruta) placas también mejoran con el redondeado de los filos de corte. El tamaño de éste redondeado varía entre 0,02 y 0,08 mm. El rectificado con muelas de diamante o de otro material muy duro es la operación más utilizada para estos fines, aunque también se utilizan el mecanizado por ultrasonidos y electroerosión.
z P (distintivo azul): agrupa las calidades de herramientas destinadas al mecanizado de materiales de viruta larga, tales como: aceros, aceros fundidos, aceros inoxidables y fundiciones maleables. z M (distintivo amarillo):
Recubrimiento Muchas de las actuales placas de metal duro están recubiertas de una o varias capas muy finas. Los materiales de estas capas de grano muy pequeño suelen ser de: nitro-carburo de titanio (TiCN), nitruro de titanio (TiN), óxido de aluminio (Al2O3), carburo de titanio (TiC), etc. como veremos más adelante.
Clasificación de los metales duros para herramientas Las plaquitas, intercambiables o no, y las herramientas enteras, ambas con recubrimiento o sin él, son las responsables de la mayoría de los procesos de mecanizado por arranque de viruta, con un amplio espectro de aplicación para cualquier tipo material, por lo que han sido desarrolladas en una amplia variedad de calidades. Cada fabricante estipula su denominación, por lo que se necesita un sistema de clasificación universal para que los usuarios podamos identificarlas claramente, que nos indique los materiales, operaciones y condiciones para las que son aptas. Actualmente, los fabricantes cumplen con estos requisitos, pero ajustados a sus productos. La clasificación de metales duros ISO tiene por objetivo el proporcionar un código y diagrama para que los usuarios podamos seleccionar las calidades, pero sólo se refiere a los metales duros y no hace referencia al nitruro de boro cúbico (CBN), a las cerámicas, o al diamante policristalino (PCD), ni a algunos materiales a mecanizar (sabemos que esta clasificación ISO está en proceso de modificación, pero ya dura mucho tiempo). La clasificación ISO se divide en seis grupos, de los cuales tres son los más utilizados en la mayoría de los sectores, y los otros tres en sectores más específicos.
agrupa las calidades de herramientas destinadas al mecanizado de materiales más difíciles, tales como: aceros inoxidables austeníticos, materiales resistentes al calor, aceros al manganeso, aleaciones de hierro fundido, etc. z K (distintivo rojo): agrupa las calidades de herramientas destinadas al mecanizado de materiales de viruta corta, tales como: fundición, aceros endurecidos y algunas aleaciones de materiales no férreos: de aluminio, bronce, plásticos, etc. z N (distintivo verde): agrupa las calidades de herramientas destinadas al mecanizado de materiales no férreos: aleaciones forjables y de fundición de aluminio, cobre y aleaciones de cobre: latón, fundición roja, bronce, cobre sin plomo y cobre electrolítico; duro plásticos, materiales compuestos reforzados con fibra, y goma dura. z S (distintivo naranja): agrupa las calidades de herramientas destinadas al mecanizado de aleaciones termorresistentes: aleaciones con base Fe y con base Ni o Co, titanio puro y aleaciones α+β (endurecido). z H (distintivo blanco): agrupa las calidades de herramientas destinadas al mecanizado de materiales de máxima dureza: acero templado y revenido, fundición dura (colada), hierro fundido templado y revenido. Dentro de cada grupo principal hay números que indican las diferentes exigencias de mecanizado, desde el desbaste hasta el acabado. En la tabla siguiente relacionamos los grupos P, M y K como los más utilizados.
Plaquitas de metal duro – Grupos de empleo en el mecanizado por arranque de viruta.
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Herramientas (arranque de virutas) Grupo principal
Grupo de empleo P 01
P
Material se ha de trabajar
Acero. Acero moldeado.
Aplicaciones y condiciones de trabajo Torneado y mandrinado en acabados. Grandes velocidades de corte. Pequeños avances. Exactitud del acabado. Trabajo sin vibración.
P 10
Torneado, roscado, fresado. Grandes velocidades de corte. Avances pequeños y medios.
P 20
Torneado, roscado fresado. Velocidades de corte medias. Avances medios. Cepillado con avances pequeños.
P 30
P 40
Acero. Acero moldeado. Fundición maleable de viruta larga.
Acero. Acero moldeado de media o baja resistencia a la tracción, con inclusiones de arena o porosidades.
P 50
Torneado, fresado, cepillado. Velocidades de corte medias y pequeñas. Avances medios y grandes, en condiciones desfavorables de trabajo.* Torneado, cepillado, mortajado. Trabajo en máquinas automáticas. Velocidades de corte pequeñas. Avances grandes. Posibilidad de grandes ángulos de desprendimiento, en condiciones desvaforables de trabajo.* Torneado. Velocidades de corte medias y grandes. Avances pequeños y medios.
M 10
Acero. Acero al manganeso. Acero moldeado. Fundición gris. Fundición gris aleada.
Torneado. Velocidades de corte medias y grandes. Avances pequeños y medios.
M 20
Acero. Acero austenítico. Acero moldeado. Aleaciones refractarias. Fundición gris.
Torneado, fresado. Velocidades de corte medias. Avances medios.
M 30
Acero. Acero austenítico. Acero moldeado. Aleaciones refractarias. Fundición gris.
Torneado, fresado, cepillado. Velocidades de corte medias. Avances medios y grandes.
M 40
Acero de baja resistencia a la tracción. Acero de fácil mecanización. Metáles no férreos y aleaciones ligeras.
Torneado, tronzado. Trabajo en máquinas automáticas.
K 01
Acero templado. Fundición en coquilla. Fundición gris dura. Aleaciones de aluminio con alto contenido de silicio. Materiales plásticos muy abrasivos. Papel prensado. Material cerámico.
Torneado, torneado en acabado, mandrinado fino, fresado fino, rasqueteado.
K 10
Acero templado. Fundición gris dura. Aleaciones de cobre. Aleaciones de aluminio con silicio. Materiales sintéticos. Ebonita. Papel prensado. Vidrio, porcelana y piedra.
Torneado, fresado, taladrado, mandrinado, escariado, brochado, rasqueteado.
K 20
Fundición gris dura. Cobre, latón, aluminio. Otros materiales no férreos. Madera prensada muy abrasiva.
Tornado, fresado, cepillado, mandrinado, escariado. Trabajos que exigen elevada tenacidad en el metal duro.
K 30
Acero de baja resistencia a la tracción. Fundición gris de baja dureza. Madera prensada.
Tornado, fresado, cepillado, mortajado. Posibilidad de grandes ángulos de desprendimiento en condiciones desfavorables de trabajo.*
K 40
Materiales no férreos. Madera.
Fresado, cepillado, mortajado. Posibilidad de grandes ángulos de desprendimiento, en condiciones desfavorables de trabajo.*
M
K
* Las condiciones desfavorables de trabajo pueden ser materiales o piezas difíciles de mecanizar por: corteza de fundición o forja, durezas variables, profundidad de corte variable, vibraciones, cortes interrumpidos, etc.
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Herramientas (arranque de viruta) El grupo P se inicia con 01, representando el acabado en torneado y mandrinado sin cortes interrumpidos y a altas velocidades de corte, avances pequeños y profundidades de corte pequeñas. A continuación entramos en el área de semidesbaste o semiacabado en el campo medio (20-30) y, continuando hasta el grupo 50 para desbastes a bajas velocidades de corte y gran volumen de viruta arrancada. La resistencia al desgaste y la tenacidad varían con el tipo de operación, aumentando hacia arriba y hacia abajo respectivamente, tal como podemos observar en el gráfico de la norma. Para los grupos M y K se utiliza el mismo sistema, aunque varíe la numeración inicial y final.
En esta norma existen algunas lagunas importantes a considerar, puesto que podemos encontrar varias calidades dentro del mismo código, sin especificar nada en cuanto a las calidades individuales en sí mismas. Tomemos como ejemplo una calidad de metal duro P20: puede ser una calidad básica de carburo sin recubrir con más o menos aditivos de otros carburos, con granos finos o gruesos y diferentes cualidades, o puede ser una calidad recubierta simple o múltiple, con varios recubrimientos y diferentes substratos. También puede referirse a una calidad de cermet, o de cerámica, las cuales son materiales de corte sustancialmente diferentes. Las siguientes tablas comparativas de distintas calidades -de algunos fabricantes- sirven para documentar esta laguna:
METAL DURO SIN RECUBRIMIENTO ISO KYOCERA
DIJET
HITACHI
P01
SRN
P10
SR10 SRT
P20
SRT SR20 DX30
EX35
SR30 DX30 DX35
P40
MITSUBISHI
OTROS
NTK
SANDVIK
SN03 WS10
STi10T
SECO
SUMITOMO
TOSHIBA
KENNAMETAL
ST10P
TX10S
K45
S1F
SN10
S1P
S10M
SN20 SN25
KM1
SMA
S25M
ST20E
TX20 TX25
K45 K2885 K420
EX35 EX40
SN30 FL37S
KM3
SM30
S25M
A30N A30 ST30E
TX30 UX30
K2885 K420 KM
SR30 DX35
EX45
SN40
S6
S60M
ST40E
TX40
K420 KM GX
M10
UMN UM10
WA10B
UN10
MT1
R4
S10M
U10E
TU10
M20
DX25 UM20 DTU
EX35
UN20
KM1
H13A
HX
U2
TU20
K2885
M30
DX25 DTU UMS
EX40 EX45
UN30
KM3
H10F
HX
A30N A30
UX30
K2885 K313 PVA
M40
UM40
EX45 WA40
UN40
R4
S60M
A40
TU40
K2885 K313
HN5
H2
TH03
K313 K68
G1F H10T TH10
K313 K8735 K68 KM1
P30
PW30
STi20
UTi20
K01
KG03
K10
KG10 KT9 CR1
WH05
HTi10
HN10 G1
H1P H10
HX 890
H1 EH10 H10E
K20
KT9 CR1 KG10
WH10
HTi20T
G2
HM
883
G10E EH20 G2
G2F KS20 G2
K313 K8735
K30
KG30 LF12
WH20
G3
H13A
G3
G3
K8735 KMF
SUMITOMO
TOSHIBA
KENNAMETAL KC910
KW10
HTi05T
METAL DURO RECUBIERTO ISO KYOCERA
DIJET
HITACHI
P01
CR7015 PR610
JC110
GM10 HC5000
MITSUBISHI UE6005
P10
CR7015 CR7025
JC110 JC215 JC4030
GM10 GM20
AP25N UE6005 UC6010 UP35N
P20
CR7025 CR9025
JC215 JC110 JC4030 JC5015
GM20 GM25 CY150
P30
PR630 PR930
JC215 JC325 JC4030 JC5015
P40
PR660 PR730
M10
OTROS
NTK
SANDVIK
SECO
GC4015
TP05
AC1000
T7005 T715X
CP5
GC4015
TP15 TP100
AC1000 AC2000
T715X
KC9010 KC950 KC990
UC6010 UC6025 F620 UP20M
CP5 QM1
GC4025 GC4030 GC1120 GC1020 LC25
TP22 TP200 T25M CP20 F25M
AC2000 AC3000
T7020
KC792M KC9025 KC810 KC850 KC710 KC935 KC9040
GF30 CY250 HC844
UC6025 UE6035 AP 15 TF
ZM3 QM3
GC4035 GC235 GC1025 GC4030 GC-A
T25M CP30 AC3000 AC304 TP200 AC230 AC325 F30M ACZ350
T725X T325 GH330 AH330
KC935 KC850 KC710 KC9045 CG4
JC325 KC850
CY250 HC844
UE6035
ZM3 QM3
CR7015 CR7025 PR610
JC110
GM10
UC7020
CP2 CP5
M20
CR7025 CR9025
JC215 JC1341 JC4030 JC5015
GM20 GM25
UC7020 F620 UP20M AP25N
CP2 CP5
M30
RP630 PR930
JC215 JC325 JC4030 JC5015
GF30 CY250
US735 F620 AP15TF
GC2035 GC235
T25M TP300 CP50
M40
PR660 PR730
JC325 KC850
US735
GC235
TP40 TP300
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GC215 GC2015
TP40 CP40 TP300 T60M F40M
AC3000 AC304
TP100
AC1000 AC2000
T715X
KC732
AC2000 AC3000 AC325 AC304
T725X GH330 AH330
KC730 KC850 KC250 KC792M KC994M
AC3000 AC325
T335S T325 AH740
KC850 KC250 KC725M
GH340
KC250
GC1025 GC2025 TP22 TP200 GC4035 GC1120 CP50 T25M GC1020
KC250 KC720 KC725M
285
6
Herramientas (arranque de virutas) METAL DURO RECUBIERTO (Cont.) ISO KYOCERA
HITACHI
MITSUBISHI
K01
CR7015 PR510
JC105 KC910 JC605
GM3005
UC5005 UE6005
K10
CR7015 PR510 PR610
JC105 JC110 JC610
GM3005 GM8015 CY100H CY10H
UC6010 F5010
K20
CR7015 PR610
JC110 JC215 JC610
GM8015 GF30
K30
DIJET
JC215 JC610
OTROS
NTK
SANDVIK
SECO
SUMITOMO
TOSHIBA
KENNAMETAL KC910
GC4015
TP05 T10M
AC105G
T5010 AH110
CP2 CP5
GC3015 GC4015
TX150 T10M T15M TP100
AC500G AC211 EH10Z
T5020 T1020 GH110
KC9010 KC950 KC990 KC730
UC6010 AP15TF
CP5 QM1
GC4025 GC1120 GC1020
TX150 T15M T25M TP200
AC500G EH20Z
T5020 AH120 J740 AH750
KC9120 KC9025 KC992M KC250 KC730 CG4
AP15TF
QM1
GC4035
SANDVIK
ACZ310
KC250 KC720
CERMET ISO KYOCERA
DIJET
HITACHI
MITSUBISHI
OTROS
NTK
SECO
SUMITOMO
TOSHIBA
KENNAMETAL
T05A T110A T12Z
NS520
KT125
P01
TN30 PV30
LN10 CX50
CH350
NX1010 AP25N
DUX30
T3N T15
CT5015
P10
TN30 PV60
LN10 CX50 NIT CX75
CH350 CZ25
NX1010 NX2525 NX55 AP25N
DUX30
T15 C30 N20
CT525
CM C15M
T12A T130Z T1200A
NS520 N308
KT125 KZ205 KT175 HT2
P20
TN60 PV60
CX50 NAT CX75 CX90
CH550 CH570 CZ25
NX2525 NX55 NX99 NX335 AP25N UP35N
DUX40
N40 C50
GC1525 CT530
C15M CR
T1200A T130Z
NS530 GT530
KZ250 KT175 KT195M HT5
P30
TN90 TN100M PV90
CX90 SUZ
CH570
NX99 NX335 UP35N
DUX50
CR
T1200A CN8000 T250A
NS530 NS540
KT195M HT7
P40
TN100M TC60
M10
TN60 PV60
LN10
CH350
NX1010 NX33
DUX30
CT525
CM C15M
T05A T110A T12A
NS520 GT530
KT125
M20
TN60 PV60
CX50 NIT CX75 NAT
CH550 CH570 CZ25
NX2525 NX55 AP25N
DUX40
CT530
C15M
T110A T12A T1200A
NS530 N308
KT175 KT195M HT5
M30
TN90 TN100M PV90
CX75 CX90 SUZ
CH570
C15M CR
T130Z T1200A CN8000
NS540
HT7
M40
TC60
CR
CN8000
K01
TN30 PV30
LN10
K10
TN60 PV60
LN10
CH350
NX2525 AP25N
DUX30
T3N T15
DIJET
HITACHI
MITSUBISHI
OTROS
NTK
H1 A2 W1 NXA
HC1 HC4 HC5
H1 A2 W1 NX NXA
WA1 WA2
A2 W1 NXA
WA1 WA2
T250A CN8000
NX1010 AP25N
T3N T15
T05A T12A T110A
NS520 GT530
T110A T12A T1200A
NS520 GT530
HT5
SUMITOMO
TOSHIBA
KENNAMETAL
CC620 CC650
NB90S
LX11
KW80 KB90 MC2
CC670
WX120
WG300
KB90X MC3
WX120 NS260C
WG300
KY4300 KY4000 KY2000
CT515
CERÁMICA ISO KYOCERA P01
SN60 A66N
P10
AZ5000
CA010 CA100
SANDVIK
SECO
P20 P30 M10
A66N KS500 AZ5000
M20
KS500 KS7000
CA100 A200 CS100
A2 W1 NX NXA
CC670
NS260C NS260
KY2100 KY2000
M30 M40 K01
KA30 SN60
CA100 CA200
K10
A66N KS500 AZ5000
CA200 CS100
K20
KS500 KS7000
XC510 XE520
H1 A2 W1 NXA
HC1 HC2 HC5 HC6
GC1690 CC620 CC650
NB90S NB90M WX120
LX11 LX21
KW80 KB90 MC2
H1 A2 W1 NXA
WA1 WA2 SX1 SX2 SP2
CC650
WX120 NS260C NS260
WG300 FX105
MC3 KB90 KY3000
SX8 SX2 SP2 SX1
GC1690 CC690
NS260C NS260
FX105
KY3400 KY3500
K30
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6
Herramientas (arranque de viruta) CBN y PCD KYOCERA
DIJET
HITACHI
JBN500
CBN
KBN10G KBN10B KBN60G
KBN30S
PCD
MITSUBISHI
OTROS
NTK
MB710 MB730
JBN10 JBN20 JBN300
WBN-T4 WBN-T5
MB820 MB825
JBN330 JBN20
WBN-T8
MB710 MB730
SANDVIK CB50
NBN-1
B20
CB20
SUMITOMO
TOSHIBA
BN100 BN600 BNX4
BX950 (BZN)
BN200 BN250 BN300 BNX20
BX360
BNX250 BN500 BN520 BN550
BX850 (BX290)
DA200
DX120
KPD002
JDA420
MD230
KPD010
JDA400
MD220
DA150
DX140
KPD025
JBA200
MD205
DA100
DX160
DA90
DX180
Así que mientras no haya ninguna indicación más concreta, no disponemos de ninguna información relativa a su comportamiento, a menos que nos la facilite el fabricante, ya que si solamente especificamos P20 como un grado de metal duro sin ninguna referencia concreta de calidad, nos encontraremos con un gran número de posibilidades, lo que significa gran dispersión, o lo que es lo mismo, problemas, puesto que la diferencia en comportamiento puede ser grande acarreando diferencias considerables en el mecanizado y sus costes.
Metal duro recubierto Uno de los caminos del permanente desarrollo en la búsqueda de mejores herramientas condujo al recubrimiento de las mismas utilizando nitruro de titanio. El recubrimiento prolonga la vida del filo de corte, generando mayor productividad y un flujo de virutas más abierto. Éste -entre otras características- actúa como un lubricante permanente, reduciendo en un alto porcentaje las fuerzas de corte, la generación de calor y el desgaste, lo que permite utilizar velocidades de corte más altas durante el mecanizado, particularmente cuando se precisa de un buen acabado superficial. Las características de lubricación y anti-adherencia del recubrimiento son las responsables de la reducción de calor y esfuerzo generados en el proceso de arranque.
CD10
SECO
KENNAMETAL KD050
KD120 KD200
KD200
KD100
Actualmente, las herramientas y plaquitas intercambiables están disponibles con una combinación de una, dos, tres o cuatro capas en el recubrimiento, lo que las dota de cualidades especiales. En la imagen podemos observar una herramienta con cuatro capas: La primera capa por encima del sustrato es de nitro-carburo de titanio (TiCN) que forma una buena franja de unión entre la base y las distintas capas del recubrimiento. El carburo de titanio (TiC), fuerte y resistente al desgaste, forma la siguiente capa. Ésta va cubierta por una capa algo más gruesa de óxido de aluminio (Al2O3), que proporciona resistencia al impacto y estabilidad química a temperaturas elevadas. La siguiente y última capa, aplicada sobre el óxido de aluminio, algo más delgada, está compuesta de nitruro de titanio, que contribuye a un menor coeficiente de fricción y reduce la tendencia a formar filo de aportación. No conviene olvidarnos de las herramientas con recubrimiento de diamante. Cubren prácticamente todo el espectro de materiales a mecanizar y su duración es hasta 60 veces mayor que una herramienta de metal duro. A la vista, algunas herramientas con recubrimiento presentan un color dorado, otras gris o negro, y unas terceras un gris con matices entre azulado y violeta. Ello depende de la capa exterior del recubrimiento puesto que el nitruro de titanio es dorado, gris el carburo de titanio, transparente el óxido de aluminio y transparente con matices entre azulado y violeta el TiAlCN.
En el tema de los recubrimientos, hasta ahora nos estamos refiriendo a los estándares, pero además de poder recubrir prácticamente cualquier herramienta «a la carta», ya sea de acero o de metal duro, cada día que pasa se están desarrollando nuevas combinaciones, hasta el punto que se diseñan plaquitas intercambiables combinando las características de: sustrato-recubrimiento-rompevirutas.
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Herramientas (arranque de virutas) Los sistemas que se utilizan para depositar las capas de los recubrimientos se verán más adelante en este mismo bloque.
z Tienen cualidades de dureza al rojo mayores que las de las herramientas de carburo, pero menores que las de las cerámicas. z Menor conducción térmica que las herramientas de carburo, pudiendo operar a mayores velocidades de corte.
Cermet Los cermets son metales duros con base de titanio en vez de carburo de tungsteno. Básicamente existen tres tipos de cermet: z con material base de carburo de titanio (TiC), z con material base de nitruro de titanio (TiN), y z combinados de carburo de titanio-nitruro de titanio (TiCN).
z Mayor resistencia a la fractura que las herramientas cerámicas, pero menor que las de carburo. Las herramientas elaboradas con cermet proporcionan entre otras ventajas: z Mejor acabado superficial que el producido con los carburos en las mismas condiciones, lo que en más de una ocasión puede suprimir la necesidad de un rectificado posterior. z La alta resistencia al desgaste permite tolerancias más justas durante períodos más largos, lo que asegura la precisión dimensional en lotes de piezas más grandes. z Para una misma duración de la herramienta, las velocidades de corte pueden ser más altas que con los carburos. z La vida de la herramienta de cerrnet es más larga operando a la misma velocidad que los carburos. z El coste de cada placa es menor que en el caso de, y parecido al de los metales duros sin recubrir.
Plaquita de Cermet TN60 - Kyocera.
Recientemente también podemos encontrar cermets con base de carburo de niobio (NbC). El carburo de niobio también es utilizado como recubrimiento de algunos cermets combinados (TiCN). Dependiendo de la aplicación a que se destinen pueden agregarse otros materiales. Generalmente incorporan carburo de molibdeno, carburo de vanadio, carburo de circonio, y otros. El aglomerante que suele utilizarse es níquel-cobalto, pero también se utiliza níquel-molibdeno, y se producen mediante prensado en frío y sinterización al vacío. Aunque puedan parecer recientes, por el auge que han tomado últimamente, las primeras calidades empezaron a producirse -con muchas dificultades, debido a su fragilidad- allá por 1929. Actualmente las calidades han sido desarrolladas con mayor tenacidad, por lo que ya no es un material sólo para herramientas de acabado, sino que ya tienen su sitio en operaciones de fresado, torneado de aceros inoxidables, etc. Debido a su alta productividad a velocidades de corte altas y avances de ligeros a medios se considera a los cermets, recubiertos y sin recubrir, como efectivos sustitutos -en coste- de las herramientas de carburo y cerámicas. Sin embargo, no se recomiendan para el mecanizado de materiales férreos templados o endurecidos a más de 45 HRC, o con metales no férreos. Las principales características de las herramientas de cermet son: z Gran resistencia al desgaste trabajando a velocidades de corte mayores que las permitidas por las herramientas de carburo. z El filo de aportación y la formación de cráteres son mínimos, lo que aumenta la duración de la herramienta.
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Las herramientas de cermet proporcionan resultados muy satisfactorios en los procesos de copiado ligero, perfilado sobre perfil conformado previamente -con creces homogéneas- y para acabados, con velocidades de corte medias y altas, y avances medios, aunque podemos encontrarnos con algunos tipos de cermet que no son apropiados para operaciones de perfilado, especialmente en bruto.
Cerámicas Aunque puedan parecer novedosas, las herramientas de cerámica ya se utilizaron como herramientas de corte a principios del siglo XX, a la par que el acero rápido. Inicialmente estas primeras herramientas se construyeron de óxido de aluminio (Al2O3) siendo muy frágiles, teniendo una vida muy
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Herramientas (arranque de viruta) corta e irregular debido a los problemas de fabricación y a un uso erróneo. Actualmente, las cerámicas cubren un espectro más amplio en cuanto a los diferentes materiales de su composición y casi no se pueden comparar con las primeras. A su vez, la maquinaria y los procesos de producción han cambiado oportunamente, acomodándose perfectamente a la productividad -larga vida de la herramienta con un importante volumen de viruta arrancado- ofrecida por estas herramientas en el mecanizado de fundición, aceros duros y aleaciones termorresistentes con velocidades de corte altas.
de aplicación en la mayoría de las operaciones y materiales adecuados para las cerámicas. Prensada en caliente presenta un color oscuro, pero también podemos encontrar cerámica mixta recubierta de TiC, a las que, además de las características expuestas hay que contemplar las que proporciona el recubrimiento.
Básicamente nos encontramos con dos tipos de cerámicas: z con base de óxido de aluminio (Al2O3): - pura, - mixta, - reforzada. z con base de nitruro de silicio (Si3N4).
Plaquita intercambiable de cerámica «mixta».
Plaquitas intercambiables de cerámica.
Las herramientas cerámicas de óxido de aluminio «puro» presentan valores precisamente no muy positivos para el mecanizado, comparativamente: baja resistencia, valores bajos de tenacidad, y no muy afortunada conductividad térmica, por lo que el filo de corte es frágil produciéndose frecuentes roturas cuando las condiciones no son las adecuadas. Mejoran las propiedades añadiéndole pequeñas cantidades de óxido de circonio (Al2O3+ZrO2) a la composición, proporcionando un aumento de la tenacidad.
Plaquitas intercambiables de cerámica «mixta» recubierta A66N. Ceratip - Kyocera.
Cualquier porosidad deteriorará la herramienta, por lo que la densidad y la uniformidad en el tamaño del grano determinará esta posibilidad.
Las herramientas de cerámica «reforzada» con base de óxido de aluminio, son relativamente nuevas. Habitualmente se les denomina cerámica whisker, porque incorporan pequeñas fibras de vidrio (Al2O3+SiC) -en este caso carburo de silicio- muy fuertes llamadas «whiskers» de un diámetro que ronda la micra y con una longitud aproximada de veinte.
La cerámica pura es blanca fabricada bajo presión en frío y gris, prensada en caliente. Las herramientas de cerámica «mixta» con base de óxido de aluminio, mediante la adición de una fase metálica (Al2O3+TiC), ofertan mejor resistencia a los choques térmicos, por lo que son menos sensibles a las fisuras gracias a su mayor conductividad térmica. Esta mejora es relativa, puesto que su tenacidad no puede compararse a la de los metales duros.
Con este refuerzo, la tenacidad y resistencia a los choques térmicos aumentan ampliamente, corrigiendo una de los puntos críticos de las cerámicas: su fragilidad, por lo que este tipo de herramientas dispone de una elevada resistencia en caliente y gran resistencia al desgaste. Este tipo de material se está desarrollando favorablemente ya que evita una de las partes débiles de las cerámicas ya mencionadas, su fragilidad.
La fase metálica consiste primordialmente en carburo de titanio y nitruro de titanio, abarcando entre el 20% y el 40%, pudiendo incorporar otros aditivos, aumentando así su campo
Su elaboración, mediante prensado en caliente, favorece la distribución de las fibras, que suelen representar un treinta por ciento del contenido. Estas plaquitas tienen un color gris.
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Herramientas (arranque de virutas) Puesto que la dureza, tenacidad y su resistencia a los choques térmicos están bien equilibradas, determinan que este tipo de cerámicas sea la adecuada para el mecanizado de aleaciones termorresistentes, aceros y fundiciones endurecidas, así como para cortes irregulares o interrumpidos.
Fotomicrografía de las fibras de carburo de silicio.
Las cerámicas con base de nitruro de silicio (Si3N4) son de un material completamente distinto. Por su resistencia a los choques térmicos y tenacidad son mejores que las cerámicas con base de óxido de aluminio, especialmente en el mecanizado de la fundición gris. Sabemos que la fundición gris es comparativamente fácil de mecanizar, pero cuando aspiramos a arrancar gran volumen de viruta trabajando a velocidades de corte comprendidas entre 120 y 350 m/min, son necesarios ciertos requisitos en las herramientas: alta dureza en caliente, tenacidad y resistencia a los cambios térmicos, además de buena estabilidad química, características que presentan este tipo de cerámicas. Por el contrario, en el mecanizado de aceros esta estabilidad química es menor que la de las cerámicas con base de óxido de aluminio. Así es que, comparando unas con otras, las cerámicas para herramientas varían respecto a la tenacidad, dureza, resistencia a los choques térmicos y estabilidad química en el mecanizado de materiales con base de hierro y níquel. Su fabricación puede realizarse mediante prensado en frío y sinterizado, o más favorablemente, por prensado en caliente y rectificado del contorno. Siendo un material relativamente nuevo, también es empleado como material de construcción de piezas de gran responsabilidad en motores. Concretando, las principales áreas de aplicación para las cerámicas son: z Fundición gris: Tanto para el desbaste como para el acabado, las cerámicas de óxido de aluminio puras presentan buen comportamiento, especialmente cuando no hay incrustaciones o cascarilla. Las mixtas funcionan bien para el acabado cuando el aspecto superficial es el factor que limita la vida de la herramienta, debido al mejor comportamiento frente al desgaste por melladura, puesto que éste afecta directamente al acabado. Las de nitruro de silicio trabajan bien con variaciones de profundidad de corte y/o corte interrumpido. z Aleaciones termorresistentes: Estas aleaciones de base níquel que ofrecen gran resistencia a altas temperaturas además de generar un fuerte desgaste por mellado, se mecanizan favorablemente con cerámica mixta, mixta recubierta y con cerámica reforzada. Es vital establecer un buen método de aplicación ya que la tendencia
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al desgaste por mellado, localizada en función de la profundidad de corte, debe distribuirse a lo largo del filo de corte. z Aceros endurecidos y fundición nodular: En el torneado de aceros endurecidos se obtienen muy buenos resultados, llegando a sustituir al rectificado. Por su resistencia al desgaste y estabilidad química, las cerámicas actuales han mejorado su rendimiento en este campo del torneado duro. En el mecanizado de fundición endurecida, su gran resistencia al desgaste por abrasión es fundamental ante los carburos duros. Las cerámicas mixtas, especialmente las recubiertas, y las reforzadas con base óxido de aluminio, así como las de nitruro de silicio, son óptimas para esos materiales debido a su resistencia a los choques térmicos y su dureza en caliente, considerando que los mecanizados pueden variar notablemente: rodillos de laminado de diversos perfiles y con estados superficiales distintos, fundición en coquilla y aceros con soldadura o recargados. Siendo excepcional, en algunos casos también se mecanizan algunos tipos de aceros especiales con cerámica mixta recubierta. Para obtener resultados óptimos con las herramientas de cerámica, es conveniente considerar unos factores mínimos que relacionamos a continuación: a) Para utilizar este tipo de herramientas, es primordial que las máquinas en las que se vayan a utilizar sean precisas y rígidas. Las máquinas con rodamientos holgados, husillos cuya precisión deja mucho que desear, embragues deslizantes, mala estabilidad, o cualquier otro desequilibrio, van a generar el astillamiento de la plaquita y su rotura prematura. b) Las máquinas deben tener la suficiente potencia, así como disponer de una gama de velocidades amplia -y alta- y ser capaces de mantenerlas durante el mecanizado. c) La rigidez en el montaje de la herramienta y del portaherramientas es tan importante como la de la máquina. El vuelo del portaherramientas de su soporte no es conveniente que exceda 1½ el espesor del mango del portaherramientas. d) Las plaquitas con ángulo de ataque negativo dan mejores resultados, puesto que se aplica menos fuerza directamente sobre la punta de la herramienta. e) Grandes radios de punta -sin que produzca vibraciones- y filo achaflanado reducen la posibilidad de astillamiento. f) Generalmente no son necesarios los líquidos de corte puesto que las cerámicas no cogen temperatura importante, pero si se requiere o decide utilizarse debe ser continuo y con caudal abundante, con el fin de evitar el choque térmico sobre la herramienta. g) Conforme aumenta la velocidad de corte o la dureza del material de la pieza, es conveniente comprobar la relación entre el avance (fn) y la profundidad de corte (ap). Es mejor una mayor profundidad con avance más lento, que poca profundidad y avance mayor. La mayoría de las herramientas de cerámica pueden admitir hasta la mitad de la longitud del filo.
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Herramientas (arranque de viruta) h) Si utilizamos portaherramientas con rompevirutas fijo o ajustable, es bueno ajustarlos para que produzcan una viruta rizada-troceada en forma de «6» o de «9».
Nitruro de boro cúbico (CBN) El nitruro de boro cúbico (CBN) es el segundo material para herramientas de corte más duro, después del diamante. Relativamente joven, apareció en la década de 1950 aunque su introducción de forma más amplia fue en la década de 1970. Presenta un magnífico corte, combinando: gran dureza, elevada dureza en caliente hasta temperaturas muy altas (≈2000 °C), óptima resistencia al desgaste y, habitualmente, buena estabilidad química durante el mecanizado. Corrientemente es más duro y tenaz que las cerámicas, aunque relativamente frágil.
Mecanizado con plaquita de CBN recubierto. Ceratip-Kyocera.
Es conveniente analizar celosamente las aplicaciones en estos materiales, ya que tanto el CBN como la cerámica, en ocasiones, cubren el mismo campo de aplicación. Por tanto, debe buscarse la solución que proporcione los resultados más óptimos y, a su vez, más económica. Ya hemos dicho en un párrafo anterior que cuando el CBN es producido en combinación con un aglomerante cerámico, se obtiene mejor estabilidad química y mayor resistencia al desgaste, pero a su vez, menor tenacidad. Así pues, con el objetivo de obtener una herramienta más tenaz, con mejor soporte frente a los choques, a pesar de la fragilidad de la arista de corte, se adhiere una punta de CBN sobre un substrato de metal duro.
punta de CBN
base de metal duro
Plaquitas intercambiables de CBN.
Se fabrica a gran temperatura y presión para unir los cristales de boro cúbico con un aglomerante cerámico o metálico. Las partículas se orientan sin un orden y forman una estructura policristalina muy densa, por lo que el cristal CBN es muy parecido al del diamante sintético. Alterando el tamaño del cristal, contenido y el tipo de aglomerante, las propiedades del CBN varían, proporcionando así distintas calidades. Un bajo contenido combinado con un aglomerante cerámico, proporciona mayor resistencia a la abrasión y mejor estabilidad química, por tanto, es el más adecuado para mecanizar piezas de acero y fundición endurecidas. Por el contrario, con mayor contenido se convierte en más tenaz y, por tanto, más idóneo para el mecanizado de aceros duros, aceros aleados resistentes al calor, así como fundiciones duras.
Las plaquitas enteras de CBN con aglomerante cerámico suelen incorporar un recubrimiento de nitruro de titanio (TiN) que aporta las propiedades características del recubrimiento. Su idoneidad para acabados con tolerancias estrechas (±0,01 mm) y acabados superficiales de índice Ra: 0,3 µ en mecanizados de aceros muy duros (>45 HRC), hacen del torneado con ellas una buena alternativa al rectificado.
Los materiales a mecanizar sobre los que suelen aplicarse herramientas CBN son: z z z z z z
aceros forjados, aceros y fundiciones endurecidas, piezas con superficies endurecidas, metales pulvimetalúrgicos con cobalto y hierro, rodillos de laminación de fundición perlítica, y aleaciones de alta resistencia al calor.
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Plaquitas enteras de CBN recubierto de TiN. Ceratip – Kyocera.
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Herramientas (arranque de virutas) Para mecanizar con CBN se recomiendan velocidades de corte prudentemente altas y avances pequeños. Al igual que con la cerámica, una gran estabilidad y potencia de la máquina, así como la rigidez de la herramienta son factores trascendentales y, si se utiliza refrigerante, continuo y abundante alrededor del filo para evitar los choques térmicos.
Diamante policristalino (PCD)
metales duros presinterizados, cobre, bronce, aleaciones de magnesio, aleaciones de zinc, plomo y latón. Por su gran fragilidad natural, para poder mecanizar con PCD son necesarias unas condiciones muy concretas: gran estabilidad y máquinas y herramientas rígidas, que puedan trabajar en condiciones óptimas a grandes velocidades. Los avances y profundidades de corte pequeñas, evitando en lo posible los cortes interrumpidos. En el mecanizado con PCD el uso de refrigerantes tiene como función principal el enfriamiento (recordemos la temperatura máxima en la zona de corte).
Sabemos que el diamante natural monocristalino es el material más duro conocido. Pues casi tan duro es el diamante policristalino sintético (PCD) logrado mediante un proceso de sinterizado a altas temperaturas y presiones, por el que sus finos cristales se unen. Cristales que son orientados desordenadamente para eliminar cualquier dirección en la propagación de una posible fractura, proporcionando gran resistencia al desgaste y dureza altamente uniforme en cualquier dirección.
Las operaciones más características en torneado y mandrinado son: semiacabado y acabado, trabajando con el mayor mango posible de portaherramientas y el mínimo voladizo. Para el fresado también se utilizan plaquitas PCD, como placas rascadoras (o de barrido), pero debe controlarse -para que sea el mínimo- tanto el salto radial como el axial, debiéndose ajustar individualmente en altura cada plaquita.
Esa formidable dureza es la responsable de la elevada resistencia al desgaste por abrasión, razón por la que se utiliza también en las muelas de rectificado.
Recubrimientos
Al igual que las puntas de CBN y por las mismas razones, las puntas de PCD van soldadas a placas de metal duro. La vida de estas herramientas puede llegar a ser muchas veces mayor que las de metal duro. Este material, introducido en la primera mitad de la década de 1970 después de que en 1954 la General Electric produjera el diamante sintético manufacturado, actualmente es utilizado para operaciones de torneado y fresado, concretamente cuando se requiere excelente acabado superficial y precisión, y muy especialmente en aleaciones abrasivas que contengan Al y Si. punta de diamante policristalino (PCD)
Existen diversas razones por las que las superficies suelen recubrirse, pero nos centraremos en la que más concierne a las superficies de las herramientas de corte: aumentar la resistencia al desgaste y reducir la fricción en la superficie. Para ello existen diversos métodos, a continuación presentamos los más utilizados: z Deposición física de vapor (Physical Vapor Deposition). z Deposición química de vapor (Chemical Vapor Deposition). z Proceso QQC mediante láser y dióxido carbónico para recubrimientos de diamante. Recubrimiento
base de metal duro
Sustrato
Pero este material, supuestamente perfecto, tiene sin embargo algunos puntos oscuros: z en la zona de corte, la temperatura no debe exceder de 600 °C, z debido a su afinidad, no se puede utilizar sobre materiales férreos, z tampoco en materiales tenaces con alta resistencia a la tracción. lo que significa el descarte de las herramientas de PCD de la mayoría de las operaciones de mecanizado sobre piezas de acero. El PCD es adecuado para el mecanizado de piezas de aluminio (que normalmente se mecanizan con herramientas de metal duro de grano fino sin recubrir) y también para otros materiales: resinas, plásticos, composites, carbón, cerámicas y
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PVD La deposición física de vapor engloba una familia de procesos mediante los cuales se convierte un material a su fase de vapor en una cámara de vacío, condensándose posteriormente en forma de película muy delgada sobre la superficie de un sustrato. Se utiliza para aplicar una amplia gama de materiales de recubrimiento: metales, aleaciones, cerámica, compuestos inorgánicos, incluso ciertos polímeros, sobre varios sustratos posibles: metales, vidrio y plástico. Así pues, representa una tecnología de recubrimiento muy versátil, aplicable a una extensa combinación -casi ilimitada- de sustancias de recubrimiento y materiales de sustratos. Además de los recubrimientos decorativos sobre plástico y metales, recubrimientos antirreflejantes de fluoruro de
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Herramientas (arranque de viruta) magnesio (MgF2) sobre lentes ópticos, deposición de metales para formar conexiones en circuitos integrados en la fabricación de artículos electrónicos, la deposición física de vapor se usa pródigamente para recubrir herramientas de corte y moldes de inyección de plásticos con TiN para que resistan el desgaste. Todos los procesos de PVD cumplen con los pasos siguientes: a) síntesis del vapor de recubrimiento, b) transporte del vapor al sustrato, c) condensación de los vapores sobre la superficie del sustrato.
En el bombardeo con haz de electrones, se dirige una corriente de electrones a alta velocidad, bombardeando la superficie del material de recubrimiento y, consecuentemente provocando la vaporización. En comparación con el método de calentamiento por resistencia, se utiliza muy poca energía para calentar el envase, minimizando así la contaminación del material de recubrimiento. Generalmente, la superficie que se va recubrir se coloca de manera que se asegure la deposición de los átomos en forma de vapor sobre la superficie, usando -en ocasiones- un manipulador mecánico para rotar el sustrato para que se recubran todas las superficies. Después del contacto con la superficie -comparativamente fría- del sustrato, se reduce súbitamente el nivel de energía de los átomos, llegando al punto que ya no pueden permanecer en estado de vapor, produciéndose entonces la condensación y adhiriéndose, en forma de una delgada película, a la superficie del sustrato a recubrir.
Generalmente, esta secuencia se realiza en el interior de una cámara de vacío, razón por la que ésta debe ser evacuada antes del proceso de deposición real. La síntesis del vapor del recubrimiento se logra a través de distintos métodos, sea con calentamiento mediante resistencia eléctrica o por bombardeo con iones para vaporizar un sólido o líquido existente. Éstas y otras variables generan varios procesos de PVD agrupados en tres tipos principales: z evaporación en vacío, z bombardeo de partículas atómicas, y z recubrimiento iónico.
Evaporación al vacío El mecanismo de este proceso está basado en la posibilidad de depositar ciertos materiales (principalmente metales puros) sobre un sustrato, transformándolos primero a vapor -desde su estado sólido- en una cámara de vacío y permitiendo después su condensación en la superficie del sustrato a recubrir. El material que se va a depositar se calienta a una temperatura suficientemente alta para evaporarse y puesto que, el calentamiento se obtiene en un vacío, la temperatura necesaria para la evaporación es manifiestamente menor que la requerida a presión atmosférica normal. A su vez, la ausencia de aire en la cámara evita la oxidación del material de recubrimiento a las temperaturas de calentamiento. La velocidad de transferencia de la masa evaporada se gobierna mediante relaciones termodinámicas. Se emplean distintos métodos para calentar y vaporizar el material, entre los más utilizados están: el calentamiento por resistencia y el bombardeo con haz de electrones. El calentamiento por resistencia es la tecnología más sencilla, pero tiene el problema de posible aleación entre el envase del material a vaporizar y su contenido, de modo que la película depositada queda contaminada con el metal del envase.
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Bombardeo con partículas atómicas (sputtering) Si se bombardea mediante partículas atómicas, de energía suficientemente alta, la superficie de un sólido o líquido, los átomos individuales de la superficie -debido al choque- pueden adquirir la suficiente energía capaz de proyectarse mediante transferencia. Éste es el proceso conocido como sputtering (deposición electrónica). Se emplean partículas de alta energía con un gas ionizado, como el argón energetizado mediante un campo eléctrico, para formar un plasma. Como proceso de PVD, implica el bombardeo de material de recubrimiento -catódico- con los iones de argón (Ar+), provocando así que los átomos de la superficie escapen y se depositen en el sustrato en forma de una película delgada. Este método se aplica, casi sobre cualquier material, tanto si es metálico como no, aleaciones, cerámica y polímeros, entretanto que la evaporación al vacío generalmente se limita a metales. Las películas de aleaciones y compuestos se pueden procesar sin cambio en sus composiciones químicas. Las películas de compuestos químicos también se depositan mediante el empleo de gases reactivos que forman óxidos, carburos o nitruros con el metal. Las producciones de sputtering para plata (Ag) y oro (Au) están en la parte superior del rango, mientras que las producciones para Mo, Ta, Ti y W son bajas. Debido a la baja producción de sputtering, las velocidades de deposición son lentas y características de este proceso. Otra desventaja es que, como los iones que bombardean la superficie son en forma de gas, por lo general se encuentran restos del gas en la película del recubrimiento, lo que en ocasiones, afecta adversamente las propiedades mecánicas.
Recubrimiento iónico Este método se sirve -para depositar la delgada película sobre el sustrato- de una combinación de bombardeo con partículas atómicas y evaporación al vacío.
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Herramientas (arranque de virutas) El proceso funciona de la siguiente forma: se prepara el sustrato para que actúe como cátodo en la parte superior de la cámara y el material de recubrimiento debajo. A continuación se crea el vacío en la cámara, inyectando seguidamente gas argón, que con la aplicación de un campo eléctrico para ionizar el gas (Ar+), se establece un plasma. De esta manera se produce el bombardeo iónico (sputtering) del sustrato, frotando su superficie hasta obtener una condición de limpieza atómica. Acto seguido, se calienta el material de recubrimiento lo necesario para generar vapores. Los métodos de calentamiento son similares a los que se emplean en la evaporación al vacío. Las moléculas de vapor pasan a través del plasma y recubren el sustrato. El bombardeo de partículas atómicas continúa durante el proceso, por lo tanto, el bombardeo de iones se efectúa no sólo con los iones de argón originales, sino también con iones del material de recubrimiento que se han energetizado mientras han estado sujetos al mismo campo de energía que el argón. Como consecuencia de estas condiciones se producen películas de espesor uniforme y magnífica adherencia al sustrato.
El recubrimiento con iones es aplicable a piezas que tienen geometrías irregulares o complejas, debido a los efectos de dispersión que existen en el campo del plasma, p.ej.: el recubrimiento con TiN de las herramientas de acero (brocas, fresas, etc.). Además de una buena adherencia y óptima uniformidad en el recubrimiento, las altas velocidades de deposición, así como la capacidad de recubrir paredes internas de agujeros y otras formas interiores, son otras ventajas de este proceso.
Cuadro resumen de los procesos PVD. Proceso
Características
Evaporación al vacío.
El equipo es de un coste relativamente bajo y sencillo, la deposición de los compuestos es difícil y la adhesión del recubrimiento no es tan buena como en otros procesos PVD.
Ag, Al, Au, Cr, Cu, Mo, W.
Bombardeo de partículas atómicas (sputtering)
Mejora la descarga de energía y adhesión del recubrimiento -superior a la evaporación al vacío- siendo posible recubrir compuestos. Por el contrario, las velocidades de deposición son más lentas y el control de proceso más difícil que en la evaporación al vacío.
Al2O3, Au, Cr, Mo, SiO2, Si3N4, TiC, TiN.
Recubrimiento iónico.
Es el que proporciona la mejor cobertura y adhesión del recubrimiento entre los procesos PVD, aunque el control del proceso es más complejo, las velocidades de deposición son más altas que la deposición electrónica (sputtering).
Ag, Au, Cr, Mo, Si 3N4, TiC, TiN.
CVD La deposición química de vapor (CVD), implica la interacción entre una mezcla de gases y la superficie del sustrato calentado, que provoca la descomposición química de algunas de las partes del gas y la formación de una película sólida en el sustrato, mientras que la PVD es estrictamente un proceso físico que implica la deposición de un recubrimiento mediante condensación -desde la fase de vaporsobre el sustrato. Las reacciones ocurren en una cámara hermética (reactor). El producto de la reacción, ya sea un metal o un compuesto, conforma un núcleo que crece en la superficie del sustrato hasta formar el recubrimiento. Prácticamente todas las reacciones de CVD requieren calor, sin embargo, en función de los productos químicos implicados, las reacciones se pueden provocar por otras fuentes de energía, p.ej.: luz ultravioleta o un plasma. Este sistema abarca un amplio abanico de presiones y temperaturas, pudiéndose aplicar a gran variedad de materiales de recubrimiento y de sustrato. Estos procesos no son nuevos, ya que los procesos metalúrgicos industriales basados en la deposición química de vapor se remontan a principios del siglo XIX -proceso de Mond-. El interés contemporáneo en la CVD se centra en sus aplicaciones para: recubrimientos de herramientas de metal duro, celdas de placas solares, depósitos de metales refracta-
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Materiales de recubrimiento
rios en las hojas de las turbinas de motores a reacción, así como para otras aplicaciones en las que son importantes la resistencia al desgaste, la corrosión, la erosión y el choque térmico. Además de estas aplicaciones, también es un proceso importante en la fabricación de circuitos integrados. Como ventajas, generalmente se citan: z posibilidad de depositar materiales refractarios a temperaturas por debajo de sus puntos de fusión o sinterizado, z posibilidad de controlar el tamaño del grano, z realización del proceso a presión normal del ambiente (no requiere equipo de vacío), y z óptima adherencia del recubrimiento a la superficie del sustrato. TiN Al2O3 TiCN Máxima adherencia Sustrato
Fotomicrografía de un recubrimiento CVD sobre una plaquita de metal duro. Ceratip - Kyocera.
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Herramientas (arranque de viruta) Como desventajas: z necesidad de una cámara cerrada al igual que equipo de bombeo y disposición especial, debido a la naturaleza corrosiva y tóxica de los productos químicos utilizados, z algunos ingredientes para la reacción son comparativamente costosos, y z bajo porcentaje de utilización del material.
Materiales y reacciones Generalmente, los metales que presentan facilidades para electro-depositarse no suelen ser recomendables para la CVD, puesto que los productos químicos que deben usarse son peligrosos, siendo necesarias costosas medidas de seguridad para contrarrestar sus riesgos.
Frecuentemente estas bombas incluyen sistemas para enfriar y capturar los gases corrosivos antes de que lleguen a la unidad real de bombeo. Otra variedad de CVD es la deposición química de vapor asistida con plasma (PACVD). La deposición sobre el sustrato se materializa mediante la reacción de los ingredientes en un gas ionizado mediante descarga eléctrica, esto es, un plasma. Por tanto, se emplea la energía que contiene el plasma, en lugar de energía térmica para activar las reacciones químicas. Las ventajas a considerar son: z z z z
necesidad de menos temperatura en el sustrato, mejor energía de cobertura, mayor y mejor adhesión, y más altas velocidades de deposición.
Los metales favorables para recubrimientos mediante CVD incluyen el titanio, el vanadio, el tungsteno, el molibdeno y el tantalio (tántalo), siendo especialmente adecuados para la deposición de compuestos, tales como el carburo de titanio (TiC), el nitruro de titanio (TiN), el óxido de aluminio (Al2O3), el nitruro de silicio (Si3N4) y el dióxido de silicio (SiO2). Entre sus aplicaciones se encuentran los recubrimientos de TiN y TiC para herramientas, la deposición de nitruro de silicio (Si3N4) en el procesado de semiconductores, y recubrimientos de polímeros.
Los gases o vapores reactivos utilizados habitualmente son hidruros metálicos (MHx), cloruros (MClx), fluoruros (MFx) y carbonilos [M(CO)x], siendo M el metal que se va a depositar y x se usa para equilibrar las valencias en el compuesto. En algunas de las reacciones se usan otros gases, tales como el hidrógeno (H2), el nitrógeno (N2), el metano (CH4), el dióxido de carbono (CO2) y el amoníaco (NH3).
Otras alternativas CVD Hasta ahora hemos descrito lo que es la deposición química de vapor a presión atmosférica (APCVD), en la que las reacciones se realizan a una presión atmosférica normal o casi normal. Pero, para bastantes reacciones, es favorable la realización del proceso a presiones inferiores a la atmosférica, a lo que se le denomina deposición química de vapor a baja presión (LPCVD), donde las reacciones transcurren en un vacío parcial. Las ventajas del proceso a baja presión son: z z z z z z
uniformidad en el espesor, buen control sobre la composición y la estructura, menor temperatura de procesado, mayores velocidades de deposición, altos rendimientos, y bajos costes de procesado.
El problema se presenta a la hora de diseñar las bombas para crear el vacío parcial, cuando los productos de la reacción no sólo estén calientes, sino también sean corrosivos.
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A este proceso también se le conoce como deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD), deposición química de vapor con plasma (PCVD) o simplemente deposición con plasma.
Proceso QQC Desarrollado por Pravin Mistry a mediados de la década de 1990, representó un adelanto importante en la aplicación de recubrimientos de diamante a una variedad de materiales, al eliminar los problemas de compatibilidad con diversos sustratos, adhesión, espesor del recubrimiento y coste, lográndose aplicar con rapidez y a un coste relativamente bajo, un recubrimiento superior sobre una extensa gama de materiales y formas, lo que mediante el proceso CVD era difícil -casi imposible- de lograr. Este proceso crea una película de diamante usando energía láser y dióxido carbónico como fuente de carbono: Se direcciona energía láser al sustrato para movilizar, vaporizar y reaccionar con el elemento primario -carbonofavoreciendo el cambio de la estructura cristalina del sustrato. Una zona de conversión es creada bajo la superficie del sustrato, que metalúrgicamente permuta, respecto a la composición del sustrato subyacente, a una composición del recubrimiento de diamante que está siendo formado en la superficie, lo que se traduce en una unión por difusión del recubrimiento de diamante con el sustrato. Las principales ventajas del proceso QQC son las siguientes: z mejor adhesión y menores esfuerzos para formar una unión metalúrgica entre el diamante y el sustrato,
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Herramientas (arranque de virutas) z puede realizarse a la atmósfera y no requiere de vacío,
Ranura
Cajera
Taladros
z las zonas a recubrir no requieren tratamiento o calentamiento previos, z el dióxido carbónico es la fuente primaria o secundaria de carbono, ya que el nitrógeno actúa como escudo, z la velocidad de deposición del diamante es >1 µ/s (cuando es de 1 a 5 µ/h con el proceso CVD), z puede utilizarse para una extensa gama de materiales: acero inoxidable, acero rápido, hierro, plástico, vidrio, cobre, aluminio, titanio y silicio. La vida de una herramienta de corte con recubrimiento de diamante puede llegar a ser hasta 60 veces mayor que la de una de carburo de tungsteno, y 240 veces mayor que la de una de acero rápido.
Bloque 2. Selección de herramientas Introducción Las operaciones de mecanizado tienen como objetivo principal la producción de piezas con formas concretas, con tolerancias dimensionales y geométricas, así como acabados superficiales especificados en los proyectos de las mismas, atendiendo a varias y distintas razones. En este bloque tantearemos los aspectos de la forma, las tolerancias y los acabados superficiales en el mecanizado, factores que a su vez, nos conducen a la selección de las herramientas adecuadas para cada cometido.
Piezas fijas (prismáticas)
Una pieza rotativa suele tener la forma de un cilindro, cono o disco, o compuesta de varias de ellas. Las operaciones características para producir estas formas, son el torneado exterior e interior, el taladrado y las actuales de electroerosión por hilo. En el taladrado se crea una superfície de rotación interna, igual que en el mandrinado, pero con la diferencia que -habitualmente, y en concreto en los taladros, fresadora y mandrinadora- es la herramienta la que gira en lugar de la pieza. Algo parecido pasa con la electroerosión por hilo, ya que es éste (herramienta) el que va pasando para perfilar la geometría. Una pieza fija, o no rotativa también llamadas prismáticas suele adoptar la forma de bloque o placa. Estas geometrías se obtienen mediante la combinación de los movimientos lineales de la pieza y los movimientos lineales o giratorios de la herramienta. En esta categoría se engloban las operaciones clásicas de fresado -con todas sus variantes-, cepillado y aserrado, así como las actuales de electroerosión por hilo.
Operaciones de generación y de formación Todas las operaciones de mecanizado producen geometrías características debido -básicamente- a dos factores: z la combinación de movimientos entre la herramienta y la pieza, y z la forma de la herramienta.
Formas Por su capacidad de producir con precisión multitud de piezas de distintas geometrías, consideramos el mecanizado como el más versátil de todos los procesos. La fundición también produce gran variedad de formas, pero no con la precisión del mecanizado. Vamos a repasar algunos de los aspectos relacionados con la creación de formas de las piezas a través del mecanizado.
Clasificamos estas operaciones según la forma creada en la pieza, sea por generación o por formación. Superficie generada = cilindro
Pieza
Superficie generada = cono
Pieza
Piezas rotativas y fijas Las piezas mecanizadas se clasifican en: rotativas y fijas (o no rotativas) Eje de rotación
Cilindrado Superficie generada
Torneado cónico Superficie generada
Pieza
Perfilado
Pieza rotativa (superficies de revolución)
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Pieza Fresado periférico
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Herramientas (arranque de viruta) Las condiciones de corte en las operaciones de formación incluyen -generalmente- la combinación del movimiento primario de velocidad (giro o desplazamiento) con un movimiento de avance dirigido directamente hacia la pieza. La profundidad de corte en estas operaciones suele interpretarse como la penetración final dentro de la pieza cuando se da por finalizado el movimiento de avance.
Pieza
Superficie generada
En muchas ocasiones, las operaciones de generado y las de formado se combinan en otra operación. El tallado de roscas -torno- y el de ranuras -fresadora- son dos ejemplos.
Fresado de perfiles (copiado)
En la generación, la geometría de la pieza queda determinada por la trayectoria del avance de la herramienta de corte, perfilando la superficie de la misma hasta obtener la forma deseada. La trayectoria del avance puede implicar variaciones en la profundidad o en la anchura del corte durante la operación, p.ej.: en el perfilado, tanto en el torno como en la fresadora, durante el avance de la herramienta se producen cambios en la profundidad y el ancho de pasada respectivamente.
En el roscado, la forma puntiaguda de la herramienta determina la forma de los filetes, pero la gran velocidad de avance los genera. En el ranurado, el ancho de la fresa determina la anchura de la ranura, pero el movimiento de avance la crea. Superficie formada-generada
En el formado, la herramienta de corte establece la geometría de la pieza, total o parcialmente, puesto que el filo de la herramienta tiene el reverso de la geometría a producir en la superficie -exterior o interior- de la pieza.
Superficie formada
Herramienta para roscar
Pieza
Fresa para ranurado en T Herramienta de forma
Torneado con herramienta de forma
Superficies formadas Superficies formadas-generadas
Pieza
Tolerancias
Superficie formada Pieza
En cualquiera de los procesos de mecanizado se dan variaciones con relación a los requerimientos solicitados, puesto que la exactitud no existe. La función de las tolerancias es la de establecer los límites admisibles de esas variaciones, tanto en el aspecto dimensional, como en el geométrico.
Brocha Taladrado
Brochado
Las operaciones de mecanizado, en condiciones ideales: máquinaria adecuada, utillaje de sujeción preciso, y herramienta correcta, proporcionan gran precisión. Ahora bien, si la máquina herramienta es antigua o está gastada, las variaciones en los procesos serán mayores de lo deseado, por lo que será difícil mantener estas tolerancias. Habitualmente, las tolerancias estrechas suelen significar costes más altos, p.ej.: si se especifica una tolerancia de ± 0,08
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Herramientas (arranque de virutas) mm para un agujero de Ø 6,5 mm, esta tolerancia podría lograrse con una operación normal de taladrado. Pero, si se especifica una tolerancia de ± 0,025 mm, entonces será necesaria una operación adicional de acabado mediante escariado, para poder proporcionar la precisión requerida. Que nadie interprete que estamos sugiriendo que las tolerancias más amplias son mejores. Nada más lejos de nuestro convencimiento, puesto que, frecuentemente, las tolerancias más estrechas generan menor variabilidad en las piezas mecanizadas, lo que se refleja en la menor problemática de montaje, por tanto, menor rechazo y mayor aceptación del cliente. Aunque los costes de la precisión no siempre son tan fáciles de cuantificar como los directos, suelen ser -de cualquier forma- significativos. Las tolerancias más estrechas que obligan a lograr mejor control sobre los procesos de mecanizado, suelen ser beneficiosas -a largo plazo- para la empresa.
Acabado superficial En el Bloque 6: Tablas, del capítulo 3, se presentó una tabla de acabados superficiales típicos que se pueden alcanzar en las operaciones de mecanizado. Los datos de dicha tabla corresponden a los acabados que se alcanzan con los procesos relacionados en las máquinas actuales, evidentemente en buenas condiciones de mantenimiento.
Veamos los efectos producidos por una herramienta de torneado: Con idéntico avance, se consigue un mejor acabado con un radio de punta mayor, puesto que las marcas causadas son menos abruptas.
Avance
Avance
Nueva superficie
Nueva superficie rε=1,2
rε=0
Con un mismo radio de punta, si comparamos el resultado de dos avances distintos, el avance mayor aumenta la separación entre las marcas de avance, produciendo un incremento en el valor de la rugosidad superficial.
Avance
Avance
Nueva superficie
Nueva superficie
Veamos pues, cómo se determinan los acabados superficiales en las operaciones de mecanizado. La rugosidad de la superficie mecanizada depende de muchos factores, que podemos agrupar en: z geométricos, z del material de la pieza, y z de vibración y de la máquina herramienta.
Factores geométricos Son los que determinan la geometría de la superficie de una pieza mecanizada. Por tanto, incluyen: z tipo de operación, z geometría de la herramienta de corte, considerando como muy importantes la forma y el radio de punta, y z el avance. La resultante de estos factores es la rugosidad superficial ideal o teórica que se obtendría en ausencia de los factores correspondientes al material de la pieza, de la vibración y de la máquina herramienta. Cuando mencionamos tipo de operación, nos referimos al proceso de mecanizado que se emplea para generar la superficie, p.ej.: tanto el fresado periférico, como el fresado frontal y el perfilado, producen superficies planas. Sin embargo, la geometría de la superficie varía en cada una de ellas, debido a las diferencias en la forma de la herramienta y en la forma con la que interactúa con la superficie. La combinación del avance con la geometría de la herramienta forma la geometría de la superficie. En la geometría de la herramienta, quizá el factor importante sea la forma de la punta de la herramienta.
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Suponiendo que la velocidad de avance es lo bastante grande y el radio de punta lo suficientemente pequeño, de manera que el filo de corte secundario (frontal) participe en la formación de la nueva superficie, el ángulo de éste (κ1) afectará la geometría de la superficie. Por tanto, a mayor valor de κ1, más alto el valor de rugosidad superficial producido.
Avance
Avance
κ1
κ1 = 0º
Nueva superficie
Nueva superficie
Teóricamente, un valor de 0º (plaquitas rascadoras) para κ1 producirá una superficie perfectamente lisa. Pero no es así, las imperfecciones de la herramienta, del material y del proceso (especialmente lo relacionado con la máquina), impiden conseguir el «acabado ideal». Contemplando los efectos del avance y de la forma de la punta de una herramienta, combinamos los valores de éstos en una ecuación, para pronosticar los valores de los índices Rt y Ra de la calidad superficial, aplicada a operaciones generales de torneado, perfilado y cepillado: 2
Rt < IT/7
Rt ≅ 5 x Ra R t =
fn × 1000 (µ), siendo 4 el 4 × rε
valor real de trabajo y 8 el valor teórico.
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Herramientas (arranque de viruta) También puede emplearse para operaciones de fresado frontal con herramienta de plaquitas intercambiables. Sin embargo, cabe recordar que las puntas de los bordes -delantera y trasera- de rotación de la fresa producen marcas sobre la superficie del trabajo, lo que afecta la geometría de la superficie. Todo esto -ya lo hemos dicho anteriormente- corresponde a una herramienta en perfectas condiciones. Al desgastarse la herramienta, se produce un cambio en la forma del corte y esto se refleja en la geometría de la superficie de la pieza. El efecto pasa desapercibido en desgastes ligeros. Pero, sin embargo, cuando el desgaste es significativo, especialmente el desgaste del radio de la punta, la rugosidad de la superficie se deteriora con respecto a los valores predeterminados por la ecuación anterior. Así pues, para una situación real de mecanizado, necesitaríamos saber el valor de fn (avance/vuelta) a partir de un índice de rugosidad dado, p.ej.: 0,8 µ para una herramienta con rε=0,8 mm. En este caso, la fórmula a utilizar sería 2
Rt =
fn × 1000 4 × rε
= 0,050 mm
una idea bastante clara de las diferencias existentes entre los distintos grupos de materiales. Así que, junto con la clasificación de metales duros ISO 513 que se presentó en el bloque anterior de este mismo capítulo podemos establecer que las fuerzas de corte, y la potencia requerida para mecanizarlos son distintos para cada uno de los grupos, p.ej.: en líneas generales, para los materiales que se mecanizan con herramientas del tipo P, las fuerzas de corte y la potencia requerida se encuentran en la zona media; para los del grupo M, éstas se sitúan entre los límites bajos y altos con diferencias particulares sobre el control de la viruta muy remarcadas; y para los del grupo K, la potencia necesaria es pequeña. Una de las formas de expresar las diferencias entre los grupos de materiales es mediante la fuerza necesaria para cortar una sección concreta de viruta en ciertas condiciones, lo que se conoce como fuerza específica de corte (Kc) expresada en N/mm2. Cada material tiene un valor dentro de unos límites generales establecidos: z Materiales del grupo P: 1.700 – 2.500 z Materiales del grupo M: 2.000 – 3.200 z Materiales del grupo K: 1.000 – 1.500
Desprendimiento positivo o negativo
Factores del material de la pieza Es prácticamente imposible alcanzar el «acabado ideal» de una superficie mediante la mayoría de las operaciones de mecanizado, exceptuando los procesos con abrasivos o con electroerosión, debido a la interacción del material de la pieza con la herramienta.
Existe una gran diferencia en el mecanizado, entre la ejecución con un ángulo de desprendimiento positivo o uno negativo, así como entre una arista de corte redondeada y una viva. Con un desprendimiento positivo, existe menor contacto entre la viruta y la cara de la herramienta, lo que significa menor roce y, consecuentemente, menor calentamiento y desgaste, y menor requerimiento de potencia. Claro está, que los esfuerzos de corte que actúan sobre el filo, también son menores.
Algunos de los factores que afectan al acabado ya se enunciaron en el capítulo anterior: z filo de aportación o filo recrecido, z daño causado a la superficie por enredo de la virutas largas, z desgarres de la superficie de trabajo durante la formación de viruta en el mecanizado de materiales dúctiles, z grietas en la superficie causadas por la formación discontinua de viruta cuando se mecanizan materiales frágiles, y
Temperatura durante el corte Al ser necesaria gran cantidad de energía para arrancar la viruta de la pieza utilizando la potencia de la máquina, ésta se transforma en calorífica en un porcentaje muy alto. Así pues, nadie se extrañe cuando se expresen temperaturas de zonas de la herramienta, por donde fluye la viruta, que superen los 1.000 ºC.
Características de los materiales
Por tanto, para conseguir unas buenas condiciones en el mecanizado, es imprescindible eliminar el calor de la zona de corte y de la pieza. Una de las formas más usuales es mediante líquidos refrigerantes. Cierto es que, de la misma manera que bien aplicado -caudal y presión constante y adecuadaproporciona gran estabilidad térmica en el conjunto, evitando dilataciones en el material que alteran el control dimensional; si no se aplica en estas condiciones, los resultados pueden ser nefastos, tanto para la pieza como para la herramienta. Por tanto, en los casos que no se pueda garantizar las condiciones adecuadas, casi es mejor no utilizarlo, evitando así fisuras térmicas en las herramientas y agrietamientos en las superficies mecanizadas.
En el capítulo 1, ya se expusieron las características de distintos materiales y la forma en que se encuentran agrupados y clasificados, y en el capítulo 2, las propiedades y características que afectan a su mecanizado. Todo ello ya proporciona
Existen estudios que argumentan que -en términos generales- cerca del 80% de la temperatura generada en el filo, escapa con la viruta, por lo que el refrigerante -en la mayoría de los casos- sólo sirve para enfriar la pieza y desalojar la viruta.
z fricción entre la superficie de incidencia de la herramienta y la nueva superficie generada. Todos estos factores varían en función de la velocidad de corte, del ángulo de desprendimiento y, en algunos casos, del ángulo de posición, de manera que de un aumento de la velocidad de corte o del ángulo de desprendimiento pueden resultar mejoras en el acabado superficial.
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Herramientas (arranque de virutas)
Factores de vibración y de la máquina herramienta Relacionados con la máquina herramienta, con la herramienta y con la sujeción o amarre de la pieza, incluyen la vibración o traqueteo de la máquina y/o de la herramienta, la deflexión de los amarres como resultante frecuente de la vibración, y las excesivas holguras en los mecanismos de avance, particularmente en máquinas herramienta antiguas. Si estos factores relacionados con la máquina se minimizan o eliminan, la rugosidad superficial quedará determinada -principalmente- por los factores geométricos y del material, ya descritos. Las vibraciones de la máquina durante el mecanizado pueden producir ondulaciones pronunciadas en la superficie de la pieza. Cuando sucede, el operario puede distinguir el ruido característico del traqueteo, siendo muy conveniente eliminarlo adoptando alguna de las siguientes medidas para reducir su incidencia:
z la forma de la superficie de desprendimiento (rompevirutas) hace curvar la viruta hasta que golpea en la cara de incidencia de la herramienta, provocando la rotura mediante este choque. Siendo un método válido, tiene el riesgo de que el golpeteo de la viruta contra la plaquita dañe a esta última.
z la rotura de la viruta se produce al hacer contacto con la superficie de la pieza que ha de mecanizarse. No es muy aconsejable porque suele dejar marcas en al acabado superficial de la pieza.
z aumentar la rigidez o amortiguación de los amarres y/o máquina, z ajustar la velocidad de corte para que no cause fuerzas cíclicas cuya frecuencia se aproxime a la frecuencia natural del sistema de la máquina, z disminuir el avance y la profundidad para reducir los esfuerzos de corte, y z cambiar la geometría de la herramienta, especialmente la superficie de desprendimeinto, para reducir fuerzas. La geometría de la pieza también influye en la vibración. Las secciones transversales delgadas tienden a vibrar, por tanto requieren de soportes adicionales como lunetas, fijas o móviles, para evitar esta condición.
Es aconsejable -siempre que se pueda- formar y romper la viruta en forma de espiral o coma, aprovechando las múltiples posibilidades de las geometrías de los rompevirutas de las plaquitas intercambiables, mediante la combinación de los dos factores principales que determinan el proceso: la profundidad de pasada y el avance.
Formación de la viruta y ángulo de posición
En el mecanizado ligero suelen producirse virutas en espiral, mientras que en el medio curvadas en otras direcciones, y en el pesado o desbaste se producen en forma de coma.
Las actuales plaquitas intercambiables para herramientas de corte, reúnen muchos años de desarrollo y trabajo con el objetivo de lograr una buena formación de virutas, así como un buen control de las mismas. Esto es, las virutas deben de ser limpias y romperse en trozos de medidas que no perjudiquen el mecanizado.
Ángulo de posición (o de ataque)
Básicamente, se contemplan tres formas para controlar la formación antes de romper:
Este ángulo, que siempre queda determinado en la dirección del avance fn de la herramienta -tanto en torneado como en fresado-, afecta a la formación de la viruta. Su valor fluctúa entre 45º y 95º e incluso mayor en algunos casos, quedando determinados por el portaherramientas y la arista de la plaquita.
z auto-rotura, donde el material en función de cómo la viruta se curve, provoca que se parta por la acción de la geometría de la plaquita.
En el mecanizado ligero, el radio de la punta rε actuará como ángulo de posición. En el caso de 90º en profundidades pequeñas, el valor del radio genera la variación de este ángulo. Además de afectar la formación de viruta, también afecta a la dirección de las fuerzas de corte, espesor de la viruta y longitud de la arista de corte que está en contacto con la pieza, así como en la forma en que el filo contacta con la pieza a mecanizar, tanto a la entrada como en la salida. La accesibilidad de la herramienta en el corte, diferentes direcciones de avances y forma de la plaquita, también están influenciadas por este ángulo.
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Herramientas (arranque de viruta)
Factores a considerar para la selección Para la selección y aplicación de las herramientas, es recomendable seguir una serie de pasos -lógicos- basados en los factores relevantes que determinan la pieza, la máquina donde se realizará el mecanizado y las operaciones correspondientes. Los pasos a seguir son válidos -en términos generalespara cualquier proceso de mecanizado, aunque aquí nos centremos en un proceso de torneado. Así pues, con el plano de la pieza, las características del material de la misma, de la máquina herramienta, y con la información necesaria de las herramientas de corte, podemos seguir una pauta para la selección, aplicación y optimización del herramental. Basándonos en la pieza, la máquina y las herramientas, las variables fundamentales en los procesos de torneado son: z Diseño de la pieza: el acabado superficial y las tolerancias son factores determinantes a la hora de establecer las herramientas a utilizar, puesto que las distintas operaciones a realizar y con el orden que se realicen, son condicionantes importantes: direcciones de avance, profundidades de corte, paradas, etc. deben ser concretadas con el máximo detalle. z Tipo de operación: si se trata de operaciones de desbaste, semi-acabado y acabado, roscado, ranurado o tronzado, etc. afectará de distinta forma la selección del tipo de herramienta a seleccionar, puesto que los parámetros de corte son sustancialmente distintos. A su vez, en los procesos de torneado, también determinarán el tipo de plaquita necesaria para atender los requerimientos de mecanizado. z Mecanizado exterior y/o interior: puesto que cada una de estas operaciones requiere distinto tipo de herramienta, con sus correspondientes reglajes en la máquina, es conveniente delimitar con mucha certeza las operaciones que va a realizar cada una de ellas. Puesto que las torretas de los tornos tienen un número limitado de asientos para herramientas, así como limitación de posiciones con relación al mecanizado, muchas veces una misma herramienta realiza varias operaciones en la misma pieza, especialmente si el número de estas supera al de posiciones de la torreta, lo que obliga a seleccionar una herramienta suficientemente versátil para acometer estas necesidades. z Condiciones de mecanizado y estabilidad: cualquier operación de mecanizado debe contemplar estos factores críticos para la adecuada selección de las herramientas. Los cortes intermitentes determinan unas características, tanto para el filo como para el sistema de amarre que debe disponer el portaplaquitas, requiriendo especial consideración en lo referente a la geometría de corte y la calidad de la plaquita. Cuando pueda existir tendencia a las vibraciones, seleccionaremos un tamaño de mango adecuado, el voladizo del mismo, el amarre de la herramienta y, aseguraremos el amarre y la estabilidad de la pieza. z Máquinas: presentan variaciones considerables en cuanto a diseño, tamaño, potencia y posibilidades operativas. Nos podemos encontrar con tornos -tanto con-
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vencionales, como CNC- que tienen potencia y recursos limitados, de manera que sólo pueden realizar ciertas operaciones de corte, lo que elimina la posibilidad de empleo de ciertos tipos de herramientas. Por tanto, debe comprobarse los planos de la torreta y su sistema de sujeción de herramientas para poder seleccionar su tamaño, así como el tipo y cantidad que pueden ser aplicadas. z Material de la pieza: para establecer la calidad de la herramienta, sus datos de corte junto con los factores de corrección en función de la dureza y de las condiciones de estabilidad en la máquina, es conveniente recurrir a las tablas suministradas por los fabricantes, atendiendo al grupo de calidad según el material a mecanizar; según ISO 513, en líneas generales: P para el acero, M para los aceros inoxidables y K para la fundición; representando los principales grupos de materiales de viruta larga y viruta corta. z Producción y economía: son determinantes en la selección de las herramientas. En la mayoría de los tipos de producción, el coste por pieza es el factor dominante, junto con el coste del filo. El proceso de mecanizado, la duración del filo establecida por su fiabilidad y calidad, son factores importantes en la selección y en el trabajo de aplicación. La cantidad de piezas de la serie y la frecuencia con que se repite también afectan al proceso de selección. z Programa e inventario de herramientas: en los grandes talleres, se suele limitar el juego de herramientas necesarias, así como sus aplicaciones; especialmente la cantidad y el tipo de herramientas en existencia, que con el ánimo de mantener las mínimas posibles pueden afectar a la selección.
Pauta para la selección Podemos establecer el proceso de selección -para la aplicación- de la herramienta, p.ej.: mediante la siguiente secuencia: z Sistema de sujeción de la plaquita, referente al tipo de portaplaquitas. z Tipo y tamaño del portaplaquitas, del sistema que se haya seleccionado y de acuerdo con las necesidades de la herramienta durante la operación de mecanizado. z Forma de la plaquita intercambiable, conforme al tipo de portaplaquitas y la trayectoria de la herramienta durante el mecanizado. z Geometría de corte, adecuada al tipo de operación, estabilidad del mecanizado y a los datos de corte planificados. z Calidad de la plaquita, requiere de la calidad apropiada de la herramienta combinada con la geometría de corte, para cubrir las demandas del corte. z Tamaño de la plaquita, debe determinarse el que tenga suficiente longitud de corte eficaz para la profundidad de corte que se haya establecido, y que a su vez, garantice suficiente seguridad de producción. z Radio de punta de la plaquita, que asegure la resistencia del filo en las operaciones de desbaste, así como el buen estado superficial en las operaciones de acabado.
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Herramientas (arranque de virutas) z Datos de corte, se establecerán de manera individual para cada una de las operaciones: velocidad de corte, avance y la profundidad de corte, para que podamos realizar la optimización de los procesos.
Otro de los métodos muy utilizados es el del tipo S, mediante tornillo, usado principalmente para plaquitas con forma básica positiva. Está indicado para torneado exterior de piezas pequeñas y operaciones ligeras. También se incorpora en barras de mandrinar pequeñas en las operaciones de torneado interior.
Desarrollo de la secuencia/pauta La situación real determinará si algunos de los puntos mencionados en la secuencia sugerida pueden ser cambiados, p.ej.: el sistema de portaplaquitas y el tamaño de la plaquita habitualmente están establecidos; pero es conveniente planificar siguiendo un orden lógico sin perder de vista la totalidad del proceso.
Sujeción de la plaquita intercambiable Los distintos sistemas de portaplaquitas han sido diseñados para garantizar el máximo rendimiento en distintos tipos de operaciones. El método más empleado para mantener una plaquita sujeta -de forma segura- en su asiento es el del tipo P, mediante el amarre con una palanca accionada con un tornillo. Al apretar el tornillo, la palanca -introducida en el agujero de la plaquita- tira de ella hacia su encaje. Al aflojar el tornillo, la palanca bascula dentro su asiento y con un movimiento hacia adelante libera la plaquita. Existen además, algunas variantes de este método: de cuña, brida-cuña y tornillo en la parte superior.
Sujeción tipo P.
La selección del sistema de sujeción y del portaplaquitas -esencialmente- está determinado por la operación a realizar y la necesidad de la forma de la plaquita: que sea negativa o positiva, según los requerimientos de mecanizado, datos de corte para desbaste, medio y/o acabado. Ciertamente, la pieza y el tamaño de las herramientas también tienen su importancia.
Sujeción tipo C.
Las plaquitas que se montan en los portaherramientas con sistema de sujeción P, disponen de un un agujero central y una forma básica negativa o neutra (ángulo de incidencia α = 0º). Sujeción tipo S.
Tipo y tamaño del portaplaquitas y forma de plaquita
Sujeción tipo M.
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Podemos encontrar, disponibles en el mercado, una gran variedad de tipos de portaplaquitas diferentes, proporcionando diferentes ángulos de posición, distintas posibilidades de formas de plaquitas y diversidad con relación a la resistencia.
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Herramientas (arranque de viruta)
90º
75º
90º
A
B
Portaherramientas exteriores
90º
C
E 75º
93º
107,5º
F
G
H
J
K
95º 50º
50º
63º
45º
75º
95º
L
M
N
93º
72,5º
60º
R
S
60º
85º
Generalmente, escogeremos el portaplaquitas lo más grande posible con el objetivo de garantizar la máxima estabilidad, al igual que el mayor ángulo de punta posible para obtener también la máxima resistencia, asegurándonos de que tenga la suficiente versatilidad para que pueda trabajar en las diferentes direcciones de avance. La selección del tipo de portaplaquitas y la forma de la plaquita, habitualmente está condicionado por: el tipo de pasadas necesarias, la capacidad de la máquina, su potencia disponible, el número de posiciones de la torreta y el tamaño de las herramientas. También suelen contemplarse otros aspectos, tales como: la estabilidad del proceso y las condiciones en que se encuentra la máquina. Es conveniente revisar las herramientas disponibles en el almacén para su utilización, manteniendo siempre el objetivo de racionalización del inventario al determinar nuevas herramientas.
T
U
90º
Barras de mandrinar
D
90º
Cilindrado, refrentado, copiado entrando y saliendo, junto con el copiado o perfilado completo, son los principales tipos de pasadas. Los ángulos de posición y de punta de la plaquita definen las herramientas para el torneado.
60º
45º
V
93º
K
P
U
107,5º
X
Q
W
Z
L
95º
45º
S
85º
60º
110º
Y
95º
75º
F
117,5º
W
Y
93º/95º
Las pasadas de corte necesarias serán establecidas en función del tamaño del portaplaquitas y según las direcciones de los avances.
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Calidad del metal duro y geometría de corte La calidad del metal duro que forma la plaquita, así como la geometría de corte, se han desarrollado para suministrar una plaquita intercambiable con la suficiente capacidad y fiabilidad, necesarias para la ejecución de diversas operaciones.
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Herramientas (arranque de virutas) Por tanto, tal como hemos referido anteriormente, debemos seleccionar la calidad de metal duro idónea al tipo de material que se quiere mecanizar (ISO 513) contemplando las distintas posibilidades de los recubrimientos que vimos en el bloque anterior. Además, es necesario considerar el tipo de operación (acabado, medio o desbaste) y las condiciones de la máquina y del mecanizado. También es conveniente considerar si la plaquita va a tener forma negativa (neutra) o positiva y si puede o no tener doble o simple cara. El estado superficial, la precisión y las posibles rebabas en algunas de las operaciones de mecanizado, influyen directamente en la selección de la plaquita, especialmente en la geometría de corte. La vida productiva prevista del filo y la seguridad son factores que vienen determinados por la correcta elección de la combinación geometría de corte-calidad. Aunque ya sabemos que no existe una plaquita única multiuso y multicalidad, es conveniente tener en cuenta la cuestión del inventario, puesto que en varias ocasiones, con la aplicación de las actuales plaquitas, podemos obtener una interesante reducción de las necesarias.
En caso de que la elección de la inmediata superior suponga la necesidad de un mango portaherramientas que no cabe en nuestra máquina, modificaremos la elección para que se adapte a nuestras posibilidades, pero contemplando que será necesario variar las profundidades de pasada, como máximo a la medida de la longitud efectiva de corte de la nueva plaquita. En las operaciones de desbaste, especialmente si intervienen cortes interrumpidos con tendencia a generar vibraciones, será necesario tomar precauciones, principalmente al principio y final de las pasadas. Al principo debe prevenirse que se produzca un inoportuno impacto de la pieza en una parte especialmente susceptible del filo. Al final de la pasada, prevenir que se produzca una presión inadecuada del filo que conduzca a la fractura de los bordes en la pieza. El mecanizado contra la escuadras generadas por la acumulación de pasadas, aumentan considerablemente los esfuerzos sobre la plaquita. La dimensión apropiada de la plaquita, un cambio de dirección o la reducción del avance, son elementos que cabe considerar para prevenir un desmesurado aumento de las fuerzas de corte.
Radio de punta de la plaquita Cuando se trata de características como la resistencia del filo en el desbaste y/o de la rugosidad superficial en las operaciones de acabado, las dimensiones de la plaquita y del radio de la punta, son aspectos vitales directamente relacionados con la gama de avances y, es importante tener siempre en cuenta esta combinación.
Tamaño de la plaquita El factor de seguridad es un factor importante en la producción. Por tanto, también en la determinación del tamaño de la plaquita debemos aplicar estos criterios. Esto es, una vez hayamos determinado las profundidades de corte más grandes, éstas determinarán la longitud efectiva -o eficaz- de corte de la arista de la plaquita. Con este valor, y con los factores de corrección aplicados –si el ángulo de posición es distinto a 90º-, calcularemos la longitud de la arista de la plaquita. Seguramente el resultado no corresponderá con ninguna de las estándar que figuran en los catálogos de cualquier fabricante, por lo que, en su defecto y siempre que sea posible, escogeremos la inmediata superior.
Un radio de punta grande proporciona mayor resistencia al filo de corte, pero también necesita más potencia y causa tendencia a la vibración, por lo que las condiciones y el material de la pieza serán considerados para poder determinar el tamaño del radio. En las operaciones de torneado interior es frecuente el uso de un radio de punta pequeño, precisamente para minimizar la tendencia a las vibraciones debido al mayor voladizo de las barras de mandrinar. Para operaciones de desbaste elegiremos siempre el mayor radio de punta posible, garantizando así la seguridad de la producción. Un radio grande permite gamas de avances mayores, conduciendo a una productividad alta. Sin embargo, los avances no excederán nunca de la mitad del valor del radio de la punta. En las operaciones de acabado, la profundidad del perfil del estado superficial queda determinada por la combinación del avance y el radio de la punta, tal como explicamos al principio de este bloque.
Datos de corte Como último paso para la selección de las herramientas, será necesaria la aplicación de unos datos de corte -elegidos o calculados-. Todos los fabricantes, al menos los más reconocidos, proporcionan valores para optimizar los rangos de aplicación para las plaquitas en varios grupos de materiales. Es necesario considerar algunas características básicas para poder establecer los datos de corte para diferentes operaciones.
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Herramientas (arranque de viruta) Por ejemplo, la duración del filo queda sólidamente afectada por la velocidad y profundidad de corte, y sólo parcialmente por la gama de avances. De la adecuada combinación de los datos de corte dependerá directamente el buen resultado de la operación a realizar. En las operaciones de desbaste, tanto la potencia de la máquina, como la estabilidad y las condiciones serán factores limitadores. En operaciones de acabado, la precisión dimensional, el estado superficial y el control de viruta son los parámetros que -básicamente- determinan la combinación de avance/radio de punta y velocidad de corte. La velocidad de corte es el principal factor de la productividad en el torneado, combinado con la gama de avances. Resumiendo, los puntos a considerar para establecer los datos de corte son: z z z z
duración del filo, material de la pieza: condiciones y dureza, calidad del material de la plaquita y geometría de corte, características de la máquina: potencia disponible, velocidad del husillo, estabilidad, etc. z generación de calor y tendencia a formar filo de aportación, z condiciones de mecanizado: cortes intermitentes, estabilidad y vibraciones, z control de viruta y estado superficial.
Bloque 3. Herramientas para operaciones de torneado Aunque en las operaciones de torneado suelen utilizarse herramientas elementales o «monocorte», tal como ya dijimos en el capítulo anterior -además de la brocas que se verán en la sección de herramientas de taladrado, etc.-, la gran cantidad de tipos y formas disponibles hace inviable el poder plasmarlos aquí, por lo que presentararemos los tipos más generales utilizados actualmente. En esta edición, no figuran las herramientas destinadas a ranurado -tanto exterior como interior-, ni las de tronzado. Tampoco figuran las herramientas de roscado con plaquita cuadrada. Los motivos no son otros que el espacio y el tiempo. Intentaremos, en próximas ediciones, enmendar este déficit. Para este bloque y los siguientes, aconsejamos la observación simultánea del bloque 7 de este mismo capítulo para la correcta interpretación de los códigos de los portaherramientas y de las plaquitas intercambiables. Así pues, el contenido de este bloque se agrupa como sigue: z herramientas para el mecanizado exterior, z herramientas para roscado, z herramientas para el mecanizado interior (barras de mandrinar).
Herramientas para el mecanizado exterior Mecanizado general CILINDRADO/ REFRENTADO - 95º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
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305
6
Herramientas (arranque de virutas)
PARA PLAQUITAS POSITIVAS
5º
º
95
306
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6
Herramientas (arranque de viruta)
PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
A 97,5º
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307
6
Herramientas (arranque de virutas) ESPECIAL
PARA PLAQUITAS CBN
CILINDRADO/ REFRENTADO - 105º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
308
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6
Herramientas (arranque de viruta) PARA PLAQUITAS POSITIVAS
CILINDRADO/ REFRENTADO - 107,5º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
PARA PLAQUITAS CBN
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309
6
Herramientas (arranque de virutas) CILINDRADO / REFRENTADO/ PERFILADO - 117,5º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
PARA PLAQUITAS POSITIVAS
CILINDRADO / PERFILADO - 62,5º PARA PLAQUITAS POSITIVAS
310
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6
Herramientas (arranque de viruta)
,5º 62 ,5º 62
CILINDRADOS / PERFILADOS - 72,5º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
© ITES-PARANINFO
311
6
Herramientas (arranque de virutas)
72
º3
0’
PARA PLAQUITAS POSITIVAS
CILINDRADOS / PERFILADOS - 93 º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
312
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6
Herramientas (arranque de viruta)
PARA PLAQUITAS POSITIVAS
© ITES-PARANINFO
313
6
Herramientas (arranque de virutas)
PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
314
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6
Herramientas (arranque de viruta)
CILINDRADO / PERFILADO - 95 º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
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315
6
Herramientas (arranque de virutas) PARA PLAQUITAS POSITIVAS
PARA PLAQUITAS CBN
CILINDRADOS / PERFILADOS ESPECIALES PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
316
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6
Herramientas (arranque de viruta)
PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
© ITES-PARANINFO
317
6
Herramientas (arranque de virutas) CILINDRADO - 75º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
15
º
PARA PLAQUITAS POSITIVAS
318
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6
Herramientas (arranque de viruta) PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
PARA PLAQUITAS CBN
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319
6
Herramientas (arranque de virutas) CILINDRADO - 85º PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
CILINDRADO A 90º PARA PLAQUITAS POSITIVAS
10º
º
90
PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
320
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6
Herramientas (arranque de viruta) CILINDRADO - 91º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
91 º
PARA PLAQUITAS POSITIVAS
º
91 © ITES-PARANINFO
321
6
Herramientas (arranque de virutas) CILINDRADO - 93º PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
º
93
PARA PLAQUITAS CBN
º
93
CILINDRADO - 95º PARA PLAQUITAS POSITIVAS
322
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6
Herramientas (arranque de viruta) CILINDRADO / EN ÁNGULO - 45º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
PARA PLAQUITAS POSITIVAS
PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
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323
6
Herramientas (arranque de virutas) PARA PLAQUITAS CBN
CILINDRADO / EN ÁNGULO - 60º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
PARA PLAQUITAS POSITIVAS
324
© ITES-PARANINFO
6
Herramientas (arranque de viruta) CILINDRADO / REFRENTADO / EN ÁNGULO - 45º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
PARA PLAQUITAS POSITIVAS
PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
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325
6
Herramientas (arranque de virutas) PARA PLAQUITAS CBN
REFRENTADO - 0º PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
º
90
REFRENTADO / EN ÁNGULO - 5º PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
326
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6
Herramientas (arranque de viruta) PARA PLAQUITAS CBN
REFRENTADO / EN ÁNGULO - 15º PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
º
75
PARA PLAQUITAS POSITIVAS
© ITES-PARANINFO
327
6
Herramientas (arranque de virutas) PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
PARA PLAQUITAS CBN
REFRENTADO / EN ÁNGULO (-1º) PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS)
º
91
328
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6
Herramientas (arranque de viruta) PARA PLAQUITAS POSITIVAS
91 º
REFRENTADO / EN ÁNGULO ( -3º) PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA
º
93
PARA PLAQUITAS CBN
º 93
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329
6
Herramientas (arranque de virutas) MECANIZADO A CONTRA MANO PARA PLAQUITAS POSITIVAS
330
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6
Herramientas (arranque de viruta)
Roscado EXTERIOR
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331
6
Herramientas (arranque de virutas) INTERIOR
Herramientas para el mecanizado interior. Mecanizado general (barras de mandrinar).
PARA PLAQUITAS POSITIVAS 5º
5º
332
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6
Herramientas (arranque de viruta) 5º
L2
5º
∅D F
∅A
∅A F
∅D
3º
L2
H
L1
H
L1
5º
*5º
5º
3º ∅D
5º
F
5º
S
H
3º
∅A F
∅D
L1
5º
L2
L1
H
*7º
PARA PLAQUITAS NEGATIVAS (NEUTRAS) 3º
5º
5º
3º
F
∅D
5º
H ∅A F
L1
∅D
L2 *5º
L2
L1
H
6º 3º
5º 3º
∅D
∅A F
5º
L1
∅A F
5º
5º
H
∅D
L2
L2
L1
H
3º 6º
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333
6
Herramientas (arranque de virutas) PARA PLAQUITAS DE CERÁMICA y CBN
z Cilíndricas y de disco:
S
F
∅D
3º
frontales,
-
de planear,
-
de forma: -
fresas madre,
-
ejes estriados,
-
ruedas de cadena, etc.
H
3º
L1
-
75º
F
∅D
L2 L1
Bloque 4. Herramientas para operaciones de fresado
Tipos de mango para fresas frontales Cilíndrico DIN 1835 A – DIN 6535 HA
d1
Al igual que en el bloque anterior, la inmensa cantidad de tipos y formas de herramental disponible para operaciones de fresado hace inviable poder plasmarlo aquí, lo que nos conduce a presentar los tipos más generales utilizados actualmente.
l1
Para ello, distinguimos dos tipos de herramientas:
z De plaquita intercambiable.
º
45
l1
Fresas enteras
45º
Dentro de este tipo de herramientas, las clasificamos en dos grandes bloques: -
334
mango cilíndrico, mango cónico Morse, métrico, etc., mango cónico ISO.
e b
d1
z Frontales:
e b
h
-
acero rápido HSS, en cualquiera de sus modalidades (HSS, HSSCo, micrograno, etc.), sin recubrir o recubiertas. metal duro integral en cualquiera de sus modalidades, sin recubrir o recubiertas. d1
-
Cilíndrico DIN 1835 B – DIN 6535 HB
l2
h
z Enteras de:
l1
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6
Herramientas (arranque de viruta) Cilíndrico DIN 1835 E – DIN 6535 HE
Cónico Morse DIN 2207 SW
l1 l5
d2
6+1
d1
l4
43º
-2º
-2º
47º
b2
α
r2
a h2
b l1
l2
d1
Cónico ISO - DIN 2080 l1 l4 l5
α
b2 b3
h
h3
h2
G
r2
d1
2º
47º
l2
d1
b d2
l1
a
Cónico ISO - DIN 69 871
h11
G
G
d1
d1
h2
Cilíndrico DIN 1835 D
l2
l2
b d2
l1
a
l1
Fresas frontales con mango cilíndrico Serie corta
Cónico Morse DIN 228 A
G
d2
d1
d1
d2
Z
a
α
l2
l1
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l1
Tres dientes – Corte al centro.
335
6
Herramientas (arranque de virutas) Z
d2
d1
d2
d1
Z
l2
l2
l1
l1
Varios dientes – Corte al centro.
Varios dientes, corte izquierda. Z
d2
d1
d2
d1
r
Z
l2
l2
l1
l1
Dos dientes, punta semi-esférica, corte al centro.
Varios dientes – Corte al centro.
d2
d1
d1
r
d2
Z
Z
l2
l2 l1
l1
Dos dientes, punta semi-esférica, corte al centro.
Varios dientes para debaste.
Z
d2
d1
d1
d2
Z
l2 l1
l2 l1
Varios dientes, corte al centro.
Varios dientes para semi-debaste/acabado.
Serie larga d2
Z
d2
d1
d1
Z
l2 l2
l1
Varios dientes para semi-debaste/acabado.
Varios dientes – Sin corte al centro. Z
d2
d1
d2
d1
Z
l2
l2 l1
Varios dientes con perfil sinusoidal.
336
l1
l1
Varios dientes – Sin corte al centro.
© ITES-PARANINFO
6
Herramientas (arranque de viruta) Z
d2
d2
d1
d1
Z
l2 l2
l1 l1
Varios dientes – Sin corte al centro.
Dos dientes, corte al centro. Fresado CNC. Z
d2
d1
r
Z
d1
l1
d2
l2
Fresado de chaveteros rectos
Varios dientes – Corte al centro.
l2 l1
Z
d1
d2
Doble, de dos dientes – Centro cóncavo. Z
d1
l1
d2
l2
Tres dientes – Corte al centro.
l2 l1
Dos dientes, con corte al centro.
Z
l2
d2
d1
d1
d2
Z
l1 l2
Dos dientes – Corte al centro.
l1
Dos dientes rectos, centro cóncavo. Z
d1
d2
Z
d1
d2
l2
l1
Dos dientes, corte al centro. Fresado alta velocidad.
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l2 l1
Dos dientes rectos, con corte al centro.
337
6
Herramientas (arranque de virutas)
d3 d1
d1
d2
Z
MK
Z
l2 l1 b
Dos dientes, con corte al centro – Cono Morse.
l1
Z
d1
d1
d2
d3
d2
Z
l2 l1
Dos dientes – Corte al centro.
b l1
d1
d2
Z
Z
d1
d2
d3
l2
l1
Dos dientes, corte al centro. Fresado alta velocidad. b l1
d2
d1
Z
Fresado de ranuras en T
l2
a l1
Dos dientes, corte al centro. Fresado CNC. Z
d2
d1
d3
Fresado de chaveteros redondos (Woodruff)
h
b b
l2 l1
Dentado semi-desbaste/acabado.
338
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6
Herramientas (arranque de viruta)
Z
d2
d1
d1
d3
d2
Z
l2 l2
b
l1
Dos dientes, con corte al centro para ranuras de engrase.
l1
Dentado recto. r
d2
Z
d3
d1
d1
d3
d2
Z
l1
Cóncava. b
l2 l1
Fresas cónicas para matricería d3
l2
Z
l1
Varios dientes, con punta plana y corte al centro.
d2
α
α/
d2
Fresas angulares y cóncavas
d1
Z
2
Dentado cruzado (o alterno).
d2
d1
d1
Z
b
l2
l1
l1
Varios dientes, con punta plana y corte al centro. α
Z
d1
d2
Fresado de roscas
b
l2
r1
l1
r2
dfresa
Sección de una ranura de engrase.
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Drosca
dfresa Drosca
339
6
Herramientas (arranque de virutas) l3
SK
d1
Z
l2 A-A
B-B
l1
C-C
Cono ISO (DIN 2080 A). Varios dientes para debaste.
l3
Z
d1
Esquema de roscado interior por interpolación helicoidal.
SK
l2
l1
Cono ISO (DIN 69871 A). Varios dientes para debaste. MK
d1
Z
Fresas de mango para roscado.
l2 l1
Cono Morse (DIN 228 A). Varios dientes para semi-debaste/acabado.
Fresas frontales con mango cónico
l3 Z
SK
Z
d1
d1
MK
l2
l2
l1
Cono Morse (DIN 228 A). Varios dientes para debaste.
l1
Cono ISO (DIN 2080 A). Varios dientes para semi-debaste/acabado.
MK
Z
l2
l2 l1
Cono Morse (DIN 228 A). Varios dientes para debaste.
340
MK
d1
d1
Z
l1
Cono Morse (DIN 228 A). Varios dientes.
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6
Herramientas (arranque de viruta) Z
l3
Z
2
d
d1
d1
SK
l2 l1 b
Cono ISO (DIN 2080 A). Varios dientes. Dentado fino para desbaste. l3
Z
SK
l2
d
2
d1
d1
Z
l1
Cono ISO (DIN 69871 A). Varios dientes. b MK
Z r
d1
Dentado basto para semi-desbaste/acabado.
Z l1
2
d
Cono Morse (DIN 228 A). Varios dientes, punta semi-esférica, corte al centro. Para matricería.
d1
l2
Fresas cilíndricas y de disco b
Dentado fino para semi-desbaste/acabado.
Frontales
Z
2
d
d
2
d1
d1
Z
b
b
Dentado basto para desbaste.
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Corte a derecha.
341
6
Herramientas (arranque de virutas)
d
d
2
d1
Z
2
d1
Z
V
b b
Corte a izquierda.
Fresa para ranurar. Dentado alterno - Acoplable. Z
d
2
d1
d
2
d1
Z
b
Dentado fino. b
Dentado paso basto.
Cilíndricas para planear
Z
d
2
d1
d
2
d1
Z
b b
Disco
Dentado paso medio.
Z
b
Fresa para ranurar. Dentado alterno – 3 cortes.
342
2
d
d
2
d1
d1
Z
b
Dentado paso fino.
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6
Herramientas (arranque de viruta)
r
Z
d
2
d1
d
2
d1
Z
b
Dentado recto o paralelo – 3 cortes. b
Angulares α
Cóncava.
Z
d
2
d1
Para ejes estriados
b
Cónica frontal. α
d
2
d1
Z
b
Bicónica (isósceles) o prismática.
r
Perfil circular
d
2
d1
Z
b
Convexa.
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343
6
Herramientas (arranque de virutas) Fresas madre
d1
d3
Z
Ruedas dentadas (engranajes). L b2
d2
D
d
b1
Ejes estriados.
Ruedas de cadena Paso Cadena
L
Diámetro Rodillo
D
d
Ruedas de cadena.
L
Fresas de plaquitas intercambiables Dd
Fresa de disco. L
D
d
Fresa madre.
Este tipo de fresas dispone de formas parecidas a las que hemos visto hasta ahora, la diferencia es que los filos de corte son reemplazables. En el mercado podemos encontrar infinidad de combinaciones, además de las especiales preparadas para aplicaciones particulares. En este apartado se mostrarán algunas de propósito general. Dentro de este tipo de herramientas, las clasificamos en dos grandes bloques. Para: z Fresado frontal y/o combinado: - platos porta-plaquitas, - mangos: - mangos cilíndricos (tipo Weldon, etc.), - mangos cilíndricos auto-blocantes (autolock), - mangos cónicos tipo Morse. z Ranurado (fresas de disco).
Ruedas dentadas cilíndricas
Fresa de disco – Sistema modular.
344
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6
Herramientas (arranque de viruta)
Fresado frontal y/o combinado Platos para planear
Planear y achaflanar (45º). Planear.
Multifunción.
Aplicación general.
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Platos para planear y escuadrar
345
6
Herramientas (arranque de virutas)
Aplicación general (90º). Aplicación general (90º).
Aplicación general (90º). Planear y escuadrar (90º).
Mangos para ranurar y escuadrar
Fresado y taladrado/mandrinado.
346
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6
Herramientas (arranque de viruta)
Copiado. Operaciones de acabado. Ranurado y fresado de caras a 90º.
Platos y mangos para fresado (perfilado) de caras y copiado
Achaflanado
Con plaquitas redondas.
Copiado. Operaciones de desbaste.
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347
6
Herramientas (arranque de virutas) Fresado de roscas por interpolación
Ranurado
Ranurado lateral abierto y en T.
Cajeado - Mandrinado
348
Ranurado (fresas de disco)
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6
Herramientas (arranque de viruta)
3 cortes.
2 cortes.
3 cortes.
Muestra de plaquitas empleadas en el fresado combinado
3 cortes plaquita redonda.
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349
6
Herramientas (arranque de virutas)
Bloque 5. Herramientas para operaciones de taladrado Muestra de plaquitas empleadas en el fresado frontal
1
En este bloque veremos el herramental utilizado en las operaciones de taladrado y relacionadas: escariado, achaflanado, punteado o centrado, cajeado, extracción de tornillos rotos, etc. En las imágenes que siguen1, primeramente veremos las descripciones de las zonas y características de las brocas helicoidales; en sus distintas formas, las más utilizadas para la realización de agujeros en las piezas. Actualmente en los sistemas de producción se están imponiendo las brocas de plaquita intercambiable, que también veremos.
Todas las imágenes que aparecen en este bloque, son cortesía de los fabricantes Izar (España) y Magafor (Francia).
350
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6
Herramientas (arranque de viruta) Descripción de las principales características de las brocas helicoidales con mango cilíndrico
Afilado en cruz. Forma C
ϕ Afilado para fundición gris. Forma D
Diámetro de la broca
Diámetro del mango Lengüeta de arrastre
Garganta
Longitud del mango
Afilado con punta de centrado. Forma E
Mango cónico tipo Morse para brocas helicoidales (esquema dimensional)
Descripción de las principales características de las brocas helicoidales con mango cónico
Diámetro de la broca
Garganta
D 0, 05
Lengüeta de expulsión Garganta
Mango Cónico Morse
b
D1
R e Longitud del filo Longitud de la hélice
I3
Longitud del cono
a
I4
Longitud de la garganta
Longitud total
a/2
8º
45º
d3
Descripción de las principales características de la geometría de corte en la broca helicoidal α - Ángulo de la hélice ϕ - Ángulo de la punta φ - Ángulo de filo transversal δ - Ángulo de incidencia Destalonado φ
Superficie de incidencia
Anchura de la taja
Brocas helicoidales con mango cilíndrico
ϕ Filo transversal
Diámetro de la broca
α Arista Superficie de de corte desprendimiento
Ranura de desprendimiento Espesor del núcleo
Anchura del labio
Serie extra-corta
δ
l mm L mm
Descripción de los principales tipos de afilados complementarios normalizados
Afilado con espesor de núcleo aguzado. Forma A
HSS Rectificada.
HSS Co Rectificada.
Afilado con espesor de núcleo aguzado y perfil corregido. Forma B
HSS Co 8% Rectificada – Perfil S.
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351
6
Herramientas (arranque de virutas) Serie larga
l mm
l mm
L mm
HSS Rectificada.
HSS Doble.
Serie corta HSSCo Rectificada – Perfil S.
L mm
l mm
HSS Co 8% Rectificada.
HSS Rectificada.
HSS Rectificada – Recubrimiento TiN. l mm L mm
HSS Rectificada con mango rebajado. HSS Rectificada – Para aluminio.
l mm L mm
Con inserto de metal duro.
HSS Rectificada – Recubrimiento TiN.
Serie extra-larga HSS Rectificada – Para aluminio. HSS Rectificada. HSS Rectificada – Para latón. HSSCo Rectificada – Perfil S.
Con inserto de metal duro.
Brocas helicoidales con mango cónico Serie normal
De metal duro integral.
l mm L mm
De metal duro integral – 3 cortes.
352
HSS Rectificada.
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6
Herramientas (arranque de viruta)
Asiento Allen, mango cónico.
HSS Rectificada – Recubrimiento TiN.
Asiento cónico, mango cilíndrico. HSS Co Rectificada. Asiento cónico, mango cónico. HSS Co Rectificada – Perfil S.
Brocas escariadores
HSS Rectificada – Para aluminio.
Mango cilíndrico – 3 cortes.
Mango cónico – 3 cortes.
l mm L mm
Con inserto de metal duro. Mango cónico – 3 cortes serie larga.
Serie larga
Brocas de centrar L mm
l mm
HSS Rectificada.
60º - Tipo A 60º
Serie extra-larga
HSS Rectificada.
l
118º
Brocas bidiametrales
L
HSSCo Rectificada – Perfil S.
60º D
Asiento Allen, mango cilíndrico.
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d
353
6
Herramientas (arranque de virutas) 60º - Tipo W 60º
L
l
118º
60º D
d
60º - Tipo BW 118º l
60º 120º
L
60º
D
d
α º - Tipo R α
354
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6
Herramientas (arranque de viruta) 118º
l
l
118º
R
L
L
60º
60º - Tipo B
D
d
K d
82º - 90º 60º 120º
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120º
D
α
355
6
Herramientas (arranque de virutas)
l
118º
L
α D R d
Brocas de plaquita intercambiable 2 L1 L2
d d1
∅D
L3
Para puntas de ejes con agujero roscado Conexión refrigerante
118º
L2
L1
∅d ∅d1
∅D
d1
l3
l2
L3
l1
d2
L
Conexión refrigerante
90º 60º d3
60º
Esquema disposición y montaje plaquitas. 2
Magic Drill. Cortesía de Ceratip-Kyocera.
356
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6
Herramientas (arranque de viruta)
Brocas espada 3 Serie corta.
Serie media.
Rango de taladrado: 9,5-115 mm
Serie larga.
Dos tornillos Torx Facilitan una sujeción segura. Refrigerante interno Para una evacuación de viruta óptima y mejor rendimiento de la herramienta.
Serie extra-larga.
Parte posterior rectificada Asegura un posicionamiento preciso.
Recubrimiento TiN/TiCN/TiAIN Reduce el desgaste y la fricción permitiendo mayores velocidades y avances.
Geometría de rectificado CNC Proporciona placas de precisión uniforme.
Cantonera Para una eficaz dispersión del calor y mayor vida de la herramienta
Alma estrecha Reduce el empuje y aumenta la resistencia de la punta permitiendo una mayor fiabilidad.
Rompevirutas Para una eliminación rápida y control de la viruta. Punto de autocentrado de 4 facetas Elimina la necesidad de taladrado piloto.
Detalle de la punta intercambiable.
Escariadores Mano
Tipo DIN 206-B.
Para pasadores cónicos – 2% conicidad.
Distintas geometrías de plaquita intercambiable para broca. 3
Decimal.
Gentileza de Allied Maxcut.
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357
6
Herramientas (arranque de virutas) Máquina mango cilíndrico
Avellanadores 90º
Tipo DIN 212-D.
Tipo DIN 212-E.
α
Para pasadores cónicos – 2% conicidad.
Capacidad
Máquina mango cónico
L
D
Tipo DIN 208-B.
d
Tipo DIN 208-C.
Máquina huecos
l L
Tipo DIN 219-B.
60º-82º-90º-100º-120º universal monolabio
Tipo DIN 219-C.
358
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6
Herramientas (arranque de viruta) α
α
Capacidad
Capacidad
D
L
L
D
d
d 20º
Para asientos de cabezas de tornillos
L
d D
Cónicos de 3 dientes
d2
D
d
D
d
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359
6
Herramientas (arranque de virutas) D
Extractores de tornillos rotos
d
D
d
Esquema de funcionamiento
360
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6
Herramientas (arranque de viruta)
k
d1
d2
I3 P
I4
I2
I1
Para agujeros pasantes y ciegos. Tolerancia ISO 3 (6G) recubrimiento TiN.
Machos de roscar a mano
Bloque 6. Herramientas para operaciones de roscado
P
d2
N
k
d1
Además de las herramientas de roscado tipo cuchilla o fresa, también se utilizan otras herramientas para el roscado de las piezas. Estas herramientas son los machos de roscar, encargados de labrar la rosca en los agujeros -pasantes o ciegos- y las terrajas o cojinetes, empleadas para las roscas exteriores.
I4
I2
Ambos tipos de herramienta se encuentran en tipo manual o para máquina, con una amplia gama de modelos, así como de distintos materiales y recubrimientos, en función de las necesidades del mecanizado.
I1
Juego para agujeros pasantes y ciegos.Tolerancia ISO 2 (6H). P
N
k
d1
d1
d2
I3 P
d2
Machos de roscar, de gran rendimiento, trabajando por deformación
I2
I4 I1
Juego para agujeros pasantes y ciegos. Tolerancia ISO 2 (6H). Paso izquierdas.
k
I2
I4
I1
P
Para agujeros pasantes y ciegos. Tolerancia ISO 2 (6H) recubrimiento TiN.
k
k
d1
d1
d2
d2
I3 P
N
I2
I4 I1
Para agujeros pasantes y ciegos. Tolerancia ISO 2 (6H) recubrimiento TiN.
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I4
I2 I1
Juego para agujeros pasantes y ciegos. Tolerancia ISO 2 (6H) para acero inoxidable.
361
6
Herramientas (arranque de virutas) I3 N
d1
N
k
d1
d2
P
P
d2
Machos de roscar a máquina - Serie corta
I2
k
I2
I4
I4 I1
I1
Para agujeros pasantes (≤1,5xd1).Tolerancia ISO 2 (6H). P
N
N
k
d1
d1
d2
P
d2
Tolerancia ISO 2 (6H) de ranuras rectas.
k
I2 I3
I4
I2
I4 I1
I1
Para agujeros pasantes (≤2,5xd1). Tolerancia ISO 2 (6H).
Tolerancia ISO 2 (6H) de diente alterno.
d2
P
N
k
d1
d1
d2
P
k
I2
I2
I4
I1
I4 I1
Para agujeros pasantes (≤2,5xd1). Tolerancia ISO 2 (6H). Tolerancia ISO 2 (6H) de ranuras helicoidales.
k
d1
d1
d2
N
I3 d2
P
P
k
I4
I2 I1
I4
I2 I1
Tolerancia ISO 2 (6H) e ISO 3 (6G) de ranuras rectas. Para agujeros pasantes (≤2,5xd1). Tolerancia ISO 2 (6H) con diente alterno.
Machos de roscar a máquina de gran rendimiento N
d2
N
I3 I1
I4
Para agujeros pasantes cortos. Tolerancias ISO 1(5H), ISO 2 (6H) e ISO 3 (6G) sin ranuras de lubricación.
362
I2
k
I2
k
d1
d2
P
I3
d1
P
I1
I4
Para agujeros pasantes (≤2,5xd1). Tolerancia ISO 2 (6H), con mango largo.
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6
Herramientas (arranque de viruta)
N
k
d1
d2
P
d2
N
d1
P
I2 I4
I2 I1
Para agujeros pasantes y ciegos (≤1,5xd1). Tolerancia ISO 2 (6H) con diente alterno.
P
N
d2
I3
N
d1
P
Serie corta para agujeros pasantes. Tolerancia ISO 2 (6H) para roscadoras automáticas.
d2
I1
d1
I3
I2
I2
I4
I1
Serie larga para agujeros pasantes. Tolerancia ISO 2 (6H) e ISO 3 (6G) para roscadoras automáticas. d1
P
N
d2
k
I1
Para agujeros ciegos (≤1,5xd1). Tolerancia ISO 2 (6H) con agujero de lubricación interno. I2
I1 d2
N
Serie larga para agujeros pasantes. Tolerancia ISO 2 (6H) e ISO 3 (6G), con posibilidad de mango curvado, para roscadoras automáticas.
d1
I3 P
k
Machos de roscar a mano – Rosca trapecial I2
P
I4
d2
I1
P
k
d1 I3
d2
ds
d1
Para agujeros pasantes (≤2xd1). Tolerancia ISO 2 (6H), ranuras helicoidales a izquierda.
I2
I4
I1
Juego de 2 para agujeros pasantes.
I2
Is
k
d2
P
I4
I3
I2
I4
I1
Juego de 3 para agujeros pasantes.
k
d1
P
d2
d2
d1
P
N
k
Especial para taladrado y roscado en una sola operación de agujeros pasantes (≤1,5xd1). Tolerancia ISO 2 (6H).
d1
I1
I1
I4
Para agujeros pasantes, trabajando en enfilada. Tolerancia ISO 2 (6H).
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I3
I2
I1
I4
k
I2
Macho único para agujeros pasantes.
363
6
Herramientas (arranque de virutas) Machos de roscar a máquina – Rosca redonda P
S
d2 h
d1
d2
I3
h1
d1
I2 I1
d1
Machos de roscar especiales con agujero de lubricación interno
d2
Macho único para agujeros pasantes.
h2 S
h1
Para máquinas automáticas
d2
d1
Terrajas de roscar S
h1
S
d1
Bloque 7. Identificación ISO de las herramientas Introducción h1
SW
La mayoría de las herramientas que se han presentado hasta ahora, exceptuando las de acero rápido, son de plaquitas intercambiables de metal duro, cermet, cerámica, CBN y PCD. Cierto es que no son las únicas herramientas que existen para el mecanizado, pero sí las más utilizadas en todo el mundo, y ésta es la razón de este bloque.
S
d2
Claro está que las anteriores y precursoras de las plaquitas intercambiables fueron las herramientas con placa soldada al soporte (mango), que todavía tienen su lugar en la industria actual, especialmente en talleres de reparación, por lo que al final de este bloque aparece, de forma esquemática, una muestra de este tipo de herramienta. h1
364
d1
A la vista de la extensa y variada gama de plaquitas intercambiables, portaherramientas exteriores e interiores, platos
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6
Herramientas (arranque de viruta) para fresado, fresas, brocas, etc., se evidencia la necesidad de establecer un sistema de codificación para todo este conjunto. Las ventajas de establecer un sistema normalizado son muchas, quizá la principal es la intercambiabilidad. Esto es, si todos los fabricantes se ajustan a norma, una plaquita de la referencia TNMG 160408 fabricada en Japón, por ejemplo, podrá montarse en su portaherramientas correspondiente fabricado en Suecia, Alemania, España, etc. Claro está, que establecer un sistema de este tipo no es tarea fácil, aunque una vez estructurado pueda parecerlo, contando además, con las peculiaridades de cada fabricante.
Plaquitas sin recubrimiento.
También es cierto, que al igual que pasaba con la norma ISO 513 referente a la clasificación de los metales duros (Bloque 1 de este capítulo), aquí también existen lagunas, aunque quizá algo más controladas. En este bloque se presenta, de forma completa, el sistema estándar de identificación de plaquitas intercambiables para trabajos de torneado, mandrinado y fresado, así como el de los portaherramientas exteriores y barras de mandrinar, puesto que son los más utilizados. También presentamos, pero de forma más resumida, los sistemas para platos o cabezas de fresado, fresas de plaquitas intercambiables, conos y adaptadores para las herramientas de fresado, brocas de plaquitas intercambiables, cartuchos intercambiables y plaquitas para roscado.
Plaquitas KNUX. Sandvik Coromant.
Cabe recordar que el resto de herramientas: brocas, machos de roscar, fresas, terrajas, cuchillas de acero rápido, etc., en todas sus variantes referentes a recubrimientos y composición material, también están normalizadas, sea por ISO, DIN, JIS, UNE, AFNOR, etc.
Plaquita para roscado QuadCut. Scandinavian Tool Systems AB.
Plaquita para fresado NDKT. Ceratip – Kyocera. Portaherramientas fijación tipo M.
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6
Herramientas (arranque de virutas)
Placas no-equiláteras o dimensiones no-estándar sobre símbolos 5, 6 o 7
Sistema de identificación ISO de plaquitas intercambiables para operaciones de torneado, fresado, taladrado y mandrinado
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6
Herramientas (arranque de viruta)
Sistema de identificación ISO para portaherramientas de exteriores y barras de mandrinar de plaquita intercambiable
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6
Herramientas (arranque de virutas)
Sistema de identificación ISO para herramientas de fresado de plaquita intercambiable
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6
Herramientas (arranque de viruta)
Sistema de identificación ISO para acoplamientos cónicos y cilíndricos, y adaptadores para herramientas rotativas de plaquita intercambiable
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6
Herramientas (arranque de virutas)
Sistema de identificación ISO para cabezas de taladrar/mandrinar de plaquita intercambiable
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6
Herramientas (arranque de viruta)
Sistema de identificación ISO para cartuchos de plaquita intercambiable
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Herramientas (arranque de virutas)
Sistema de identificación ISO para plaquitas de roscado intercambiables
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Herramientas (arranque de viruta)
Sistema de identificación ISO para brocas de plaquita intercambiable
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Herramientas (arranque de virutas)
Herramientas ISO con plaquita de metal duro soldada
z z z z z
ranuras de poleas, roscas interiores, ranuras interiores, agujeros con cabezales de mandrinar, etc.
Herramienta con plaquita soldada para el mecanizado de canales de poleas trapeciales.
con peculiaridades de cada fabricante.
Herramienta con plaquita soldada para el mecanizado de roscas interiores.
ISO1 DIN4971
ISO2 DIN4972
ISO8 DIN4973
ISO9 DIN4974
DIN4975
ISO4 DIN4976
ISO5 DIN4977
ISO3 DIN4978
ISO6 DIN4980
ISO7 DIN4981
Además, en el mercado podemos encontrar otras herramientas con plaquita de metal duro soldada, para mecanizar:
374
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Manipulación de las máquinas-herramienta Contenido Introducción. BLOQUE 1. Ejercicios para la manipulación de las máquinas z Ejercicio combinado 1. z Ejercicio combinado 2. z Hoja de proceso.
7
Introducción En este capítulo, puesto que de lo que se trata es de la explicación del funcionamiento de las distintas máquinas -que se encuentran en los talleres de los institutos- mediante la realización de demostraciones de mecanizado por parte del profesorado, entendemos que no procede soltar grandes parrafadas de cómo se hace esto o lo otro; entre otras razones, porque seguramente no encontraremos dos talleres iguales en los distintos institutos donde se imparte este ciclo formativo. Así pues, puesto que el principal objetivo de este capítulo es que el alumnado comprenda el funcionamiento operativo de las máquinas, creemos que lo que mejor puede cubrir esta expectativa es: 1º. La explicación previa de cómo se van a realizar los dos ejercicios combinados de mecanizado. 2º. La observación de la ejecución de ambos ejercicios. 3º. La confección de la hoja de proceso -básica- de cada uno de ellos. 4º. La ejecución en máquina de las primeras y elementales operaciones de mecanizado, en cada una de las tres máquinas que se necesitan para la ejecución de los ejercicios. Estos dos ejercicios abarcan operaciones típicas y representativas de tres máquinas convencionales y de uso general en cualquier taller de mecanizado: torno paralelo, fresadora universal y rectificadora cilíndrica de exteriores. Cierto es que podríamos ampliar la oferta de operaciones sobre otras máquinas, pero de momento, nos parece más realista el planteamiento de que no todos los talleres de los institutos disponen de máquinas de electroerosión, punzonadoras CNC, tornos y fresadoras CNC, etc., pero sí creemos que las básicas ya mencionadas están a disposición en todos ellos. Estos ejercicios no pretenden ser los únicos adecuados para el objetivo mencionado, por lo que entendemos que el profesorado hará las adaptaciones necesarias en función de las disponibilidades materiales con las que pueda contar. El mismo criterio es aplicable a la Hoja de Proceso, la que se presenta cubre todos los aspectos básicos que deben contemplarse en un proceso de mecanizado.
7
Manipulación de las máquinas-herramienta
Bloque 1. Ejercicios para la manipulación de las máquinas Ejercicio combinado 1 Este ejercicio, mayoritariamente de torno, presenta operaciones sobre plato-punto y entre puntos de: -
refrentado, taladrado (puntos de centrado), cilindrado exterior con tolerancias dimensionales y geométricas,
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-
torneado cónico con carro orientable, ranurado (salida de rosca), y roscado exterior con herramienta.
z en la fresadora: -
fresado de planos, con aparato divisor, fresado de chaveteros rectos ciegos (con aparato divisor por la tolerancia de perpendicularidad).
z en la rectificadora: -
rectificado exterior cilíndrico con tolerancia dimensional y geométrica, así como grado de acabado superficial.
377
7
Manipulación de las máquinas-herramienta
Ejercicio combinado 2 Este ejercicio, mayoritariamente de fresadora, presenta operaciones de: z en el torno: (sobre plato-punto y entre puntos) -
378
refrentado, taladrado (puntos de centrado),
-
cilindrado exterior con tolerancias dimensionales, torneado cónico con carro orientable (chaflanes), y ranurado y cajeado exterior.
z en la fresadora: -
fresado de planos, con aparato divisor, fresado de perfiles con aparato divisor: -
perfil para estriado (fresa de disco), perfil para el piñón (fresa de disco).
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Croquis.
Ra
- 200
Dimensiones en bruto
Nº Plano:
Nº Pieza:
Curso
1/
Agujero
Vc
Volumen viruta
(mm) (cm 3 /min)
ae Q
Prof. corte radial
(mm)
V f (mm/min) ap
Velocidad avance Prof. corte axial
(mm/diente)
(mm/n)
(m/min)
Avance/diente f z
Revoluciones n (min-1) Avance/revolución f n
Observaciones
(kN) (Nm)
Presión fluido corte
Volumen fluido corte
Par torsor Mc
Fuerza axial F f
p
(l/min) (Mpa) 1 Mpa = 10 bar
q
Consumo potencia Pc (kW) Tiempo corte Tc (min) Útil medición Control Tiempo de maniobra T m (min)
Máquina
Geométricas
200
Hoja
TOLERANCIAS GENERALES (sin especificar)
HB
Denominación
Eje
Velocidad de corte
Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Dimensionales
Material
(Denominación)
Pieza
Fase/s Su pe r ficie s d e r e fe r e n cia
Nomencla tura
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FABRICACIÓN MECÁNICA PRODUCCIÓN POR MECANIZADO. Ejecución de procesos de mecanizado, conformado y montaje
Manipulación de las máquinas-herramienta
7
Hoja de proceso
379
Oper.
Subfs.
Fase
380
Alumno/a
Pieza
Denominación
Croquis
Porta-hta. / Herramienta. Geom. D/M/A
/
Nº Plano:
Plaquita
Hoja
Nº Pieza:
(ISO)
Calidad
Vc
Tm Tc
Total tiempo maniobra Total tiempo corte
n psd. nº a p a e f n f z Vf
Total tiempo
Q Pc Control
FABRICACIÓN MECÁNICA - Producción por mecanizado. Ejecución de procesos de mecanizado, conformado y montaje.
Manipulación de las máquinas-herramienta
7
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Características del conformado Contenido INTRODUCCIÓN z Visión general del conformado. z Deformación volumétrica. z Conformado mecánico. BLOQUE 1. Laminado z z z z z
Introducción. Conceptos básicos. Laminado plano. Laminado de perfiles. Otras operaciones de laminado.
BLOQUE 2. Forjado z z z z z
Introducción. Forjado con matriz abierta. Forjado con matriz cerrada. Forjado sin rebaba. Otras operaciones de forja y operaciones relacionadas.
BLOQUE 3. Extrusión z z z z
Introducción. Tipos de extrusión. Otros procesos de extrusión. Defectos en productos extruidos.
BLOQUE 4. Estirado z Introducción. z Práctica del estirado. z Estirado de tubos. BLOQUE 5. Conformado mecánico de láminas metálicas z Introducción. z Operaciones de corte. z Cizallado, punzonado y perforado. z Análisis del corte. z Otras operaciones de corte de láminas metálicas.
8
BLOQUE 6. Operaciones de doblado z z z z
Introducción. Doblado en V y doblado de bordes. Análisis del doblado. Otras operaciones de doblado y operaciones relacionadas
BLOQUE 7. Embutido z z z z
Introducción. Mecánica del embutido. Otras operaciones de embutido. Defectos en el embutido.
BLOQUE 8. Otras operaciones de conformado de láminas z Introducción. z Operaciones realizadas con herramientas metálicas. z Operaciones realizadas con herramientas flexibles. BLOQUE 9. Operaciones no realizadas en prensa z z z z z
Introducción. Reestirado. Doblado y conformado con rodillos. Repulsado. Conformado por alta velocidad energética.
BLOQUE 10. Doblado de tubos
8
Características del conformado
Introducción Los distintos procesos de conformado de metales tienen como «alma mater» la deformación plástica para cambiar la forma de las piezas. La deformación se obtiene utilizando una herramienta que, generalmente es una matriz de conformado, aplicando esfuerzos de compresión que exceden la resistencia a la fluencia del metal. Por tanto, el metal se deforma plásticamente hasta obtener la forma que determina la geometría de la matriz. Sin embargo, algunos procesos de conformado estiran el metal, mientras que unos lo doblan y otros lo cortan. Para conformar adecuadamente un metal, éste debe poseer ciertas propiedades. Las más adecuadas, generalmente, son: baja resistencia a la fluencia y alta ductilidad. Éstas se ven afectadas por el aumento de la temperatura de trabajo: la ductilidad se incrementa y la resistencia a la fluencia se reduce. El efecto de la temperatura es lo que genera la distinción entre trabajo en frío, trabajo en caliente por debajo de la temperatura de recristalización y trabajo en caliente. La velocidad de conformado (deformación o formación) y la fricción, son factores añadidos que afectan al desarrollo del conformado.
Podemos clasificar los procesos de conformado en: z procesos de deformación volumétrica y z procesos de conformado mecánico.
Procesos de deformación volumétrica Son características de los procesos de deformación volumétrica las deformaciones significativas y cambios de forma. Para estos procesos, la forma inicial de la pieza suele ser bloques (lingotes) cilíndricos y/o rectangulares. Las operaciones básicas en deformación volumétrica podemos observarlas en la figura: Rodillo Lingote
Matriz o estampa Pieza Matriz o estampa
Laminado
Forjado Rodillo
Punzón o pisón
Pieza
Barra
Matriz
Matriz
Extrusión
Estirado
z Laminado Es un proceso de deformación por compresión, mediante el cual el espesor de un lingote, tocho, palastro (petaca= slab), o palanquilla se reduce por la acción de unas herramientas cilíndricas opuestas llamadas rodillos. Los rodillos giran para estirar y comprimir el material dentro de la abertura existente entre ellos. z Forjado En el forjado se comprime una pieza entre las dos partes opuestas de la matriz, de manera que la pieza se comprime obteniendo la forma requerida. Es un proceso tradicional de trabajo en caliente, aunque muchos tipos de conformado también se hacen en frío. z Extrusión Es un proceso de compresión en el que se fuerza al material a fluir a través de la abertura de una matriz para que tome la forma de la abertura de ésta en su sección transversal. Ferrería del siglo XV.
Visión general del conformado En este capítulo y el siguiente, todo lo que se presenta es eso, una visión general o la punta del iceberg de los procesos de conformado, debido a que su amplitud es tan grande y compleja como para llenar un tratado muy denso. Así pues, que nadie piense que lo que aquí aparece es «todo» el conformado. Nada más lejos de nuestra voluntad, y sin más preámbulos entramos en materia.
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z Estirado En este proceso de conformado, el diámetro de un alambre o barra se reduce cuando se tira del alambre a través de la abertura de la matriz.
Procesos de conformado mecánico Los procesos que aquí denominamos como de conformado mecánico son los que se aplican para dar formas a láminas metálicas (planchas). Utilizamos el término «láminas metálicas» y no planchas porque la forma inicial sobre la que se van
383
8
Características del conformado a desarrollar las operaciones comprende una amplia gama de posibilidades: bobinas, planchas, bobinas estrechas, tiras, láminas preformadas, etc. La relación entre el área superficial y el volumen del material inicial suele ser alta, por lo que esta relación es un medio útil para distinguir la deformación volumétrica de los procesos con láminas metálicas. Prensado, embutido, troquelería, matricería, son los términos que se aplican frecuentemente a las operaciones de conformado mecánico con láminas metálicas, debido a los nombres de las máquinas y utillajes utilizados para desempeñar estas operaciones. Lo mismo sucede con las piezas producidas por estas operaciones, usualmente también se les denomina estampadas, embutidas, troqueladas, etc. Generalmente, las operaciones con láminas metálicas se ejecutan en frío, utilizando un juego de herramientas llamado punzón y matriz. El punzón es la parte positiva y penetrante o cortante, y la matriz es la parte negativa. Las operaciones básicas con láminas de metal podemos verlas en la siguiente figura.
Sujetador
Punzón
Punzón
Los procesos de deformación volumétrica (masiva) frecuentemente suelen proporcionar formas geométricas adicionales que mejoran las propiedades mecánicas de la pieza, realizándose en operaciones de trabajo en frío, o en caliente. El trabajo en frío o hasta 1/3 de la temperatura de fusión, es apropiado cuando el cambio de forma es menos severo y hay necesidad de mejorar las propiedades mecánicas, o alcanzar un buen acabado en la forma final de la pieza. El trabajo en caliente se requiere generalmente cuando involucra la deformación volumétrica de grandes piezas. La importancia tecnológica y comercial de los procesos de deformación volumétrica derivan de: z Con las operaciones de trabajo en caliente se pueden lograr cambios significativos en la forma de las piezas. z Las operaciones de trabajo en frío se pueden usar no sólo para dar forma a la pieza, sino también para incrementar su resistencia. z Estos procesos producen poco o ningún desperdicio como subproducto de la operación. Algunas operaciones de deformación volumétrica son procesos de forma neta o casi neta, pudiéndose alcanzar la forma final con poco o ningún mecanizado posterior.
Pieza Pieza
Bloque 1. Laminado
Matriz Matriz
Doblado
Embutido
Punzón
El laminado es un proceso de deformación por el cual el espesor del material se reduce mediante fuerzas de compresión ejercidas por -básicamente- dos rodillos opuestos.
Acción de corte
Pieza Matriz Antes
Corte
Después
z Doblado El doblado, en la mayoría de los casos, implica la deformación de una lámina metálica para que adopte un ángulo con respecto a un eje, normalmente recto. z Embutido Produce la transformación de una lámina plana en una forma hueca o cóncava, como una copa, mediante el estirado de la lámina. Se usa un sujetador para mantener fija la posición, mientras el punzón empuja la lámina, como se muestra en la figura anterior. z Corte Este proceso, de alguna manera, queda fuera de lugar en la lista de procesos de deformación, debido a que implica más el corte que el conformado del material. En esta operación se corta la pieza usando un punzón y una matriz, como se muestra en la figura anterior. Aunque no es un proceso de conformado, lo incluimos aquí puesto que es una operación necesaria y muy común en el trabajo con láminas metálicas. Los procesos de deformación descritos en los bloques 1 al 4 de este capítulo, realizan cambios significativos en las piezas cuya forma inicial es más voluminosa que laminar.
384
Introducción
El laminado del oro y de la plata -por medios manualesdata del siglo XIV. Leonardo da Vinci diseñó uno de los primeros laminadores en 1480, pero nos queda la duda de que su modelo se construyera alguna vez. Allá por el año 1600 se laminaba manualmente el plomo y el estaño. A inicios del siglo XVIII, el hierro ya se laminaba en caliente en Alemania, Bélgica, Francia, Inglaterra y Suecia. Estos laminadores se usaron para hacer láminas (planchas) a partir de las barras. Antes de esta época, los únicos laminadores que existían en las acerías eran ranuradores, pares de rodillos opuestos con discos cortantes, que se empleaban para cortar el acero en tiras estrechas para hacer clavos y productos parecidos, puesto que no estaban diseñados para reducir el espesor del material. El laminado moderno data del año 1783, cuando en Inglaterra se registró una patente para «un proceso que producía barras de hierro usando rodillos acanalados». La Revolución Industrial generó una gran demanda de productos siderometalúrgicos, estimulando el desarrollo de la laminación. El primer laminador de raíles para ferrocarril apareció en Inglaterra en 1820. En 1849, se laminaron en Francia las primeras vigas en I. Además, el tamaño y la capacidad de los laminadores planos se incrementaron impresionantemente durante este período. El laminado es un proceso que requiere una considerable fuente de potencia. Hasta el siglo XVIII se usaron las ruedas
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8
Características del conformado de los molinos accionadas por agua para mover los laminadores. Las máquinas de vapor aumentaron la capacidad de éstos hasta poco después de 1900, cuando los motores eléctricos reemplazaron al vapor.
Conceptos básicos Para producir el más elemental proceso de laminado, los rodillos deben girar tal como se ilustra en la siguiente figura, para atraer el material a trabajar y simultáneamente apretarlo entre ellos. En la figura se muestra un laminado plano, empleado para reducir el espesor de una sección transversal rectangular. Estrechamente relacionado con él es el laminado de perfiles, donde una sección transversal cuadrada se transforma en un perfil, tal como en una viga I.
palanquilla una sección transversal cuadrada de 40 a 125 mm2, y el llantón un espesor comprendido entre 10 y 12 mm con anchura de 200 a 600 mm. Estas formas intermedias o semiacabados, posteriormente se laminan para convertirlas en productos finales, que son la materia prima para el mecanizado, estirado de alambre, forjado y otros procesos de trabajo de metales. Las planchas laminadas en caliente se usan para la construcción de barcos, puentes, calderas, estructuras soldadas para maquinaria pesada, tubos y tuberías, y otros muchos productos. La siguiente figura muestra algunos de estos productos laminados de acero. Perfiles estructurales Raíles
Lingote
Rodillo
Bobinas Avance
Palastro
Lingote Tocho
La mayoría de los procesos de laminado comportan una fuerte inversión, puesto que requieren de un equipo pesado y complejo. A este equipamiento se le conoce como laminadores o trenes de laminado en cualquiera de sus formas: de tochos o blooming, de palastro o slabbing, de palanquilla, estructurales, para chapa, para fermachine, etc. Esa gran inversión requiere que los laminadores se usen para la producción en grandes cantidades de artículos estándar. El gran volumen del laminado, especialmente el del acero, que representa la aplicación más común de las operaciones de laminado, se realiza en caliente, debido a las importantes deformaciones requeridas y que los metales laminados en caliente, generalmente están libres de esfuerzos residuales y sus propiedades son isotrópicas. Por el contrario, las tolerancias dimensionales no pueden ser muy estrechas, y la superficie presenta una capa de óxido característica conocida como: corteza, cascarilla, costra, etc. Examinemos pues, la secuencia de pasos en un laminador para enseñar la variedad de productos que pueden hacerse. El proceso empieza con un lingote de acero. Puede ser que acabe de sacarse de la lingotera o no. El lingote pasa a un horno de recalentado o fosa de recalentamiento, donde permanecerá varias horas hasta alcanzar una temperatura uniforme en toda su extensión -para el acero, alrededor de 1.200 ºC- para que pueda fluir consistentemente durante el laminado. El lingote recalentado pasa al laminador de desbaste (blooming) para convertirlo en un tocho de sección transversal cuadrada comprendida entre 120 y 500 mm2, que posteriormente será destinado a palastro o petaca, o palanquilla, según quiera obtenerse plancha o barra perfilada. El palastro suele tener una sección transversal rectangular superior a 14.400 mm2, la
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Planchas
Barras, varillas
El laminado posterior de las láminas y planchas trabajadas en caliente se realiza frecuentemente en frío, a fin de prepararlas para operaciones posteriores de conformado mecánico. El laminado en frío hace más resistente el metal y permite tolerancias más estrechas en el espesor. Además, la superficie del material laminado en frío está libre de incrustaciones o capas de óxido y, generalmente, su calidad es superior a los correspondientes productos laminados en caliente. Estas características hacen de las láminas, tiras y rollos laminados en frío el material ideal para embutición, paneles exteriores y otros productos que abarcan desde el sector del automóvil hasta utensilios y muebles de oficina. El laminado en frío requiere de un recocido posterior o durante el proceso, puesto que los materiales al deformarse a temperatura ambiente, adquieren acritud.
Laminado plano El laminado plano o con cilindros lisos -que ya hemos visto en figuras anteriores- primordialmente se destina al laminado de planchas, tiras y piezas de sección transversal rectangular con un ancho mayor que el espesor. En el laminado plano, se presiona el material entre dos rodillos de manera que su espesor se reduce. Además de reducir el espesor, normalmente el laminado incrementa el ancho del material, conocido como esparcido o spreading, y tiende a ser más pronunciado cuando la relación entre el ancho y el espesor es baja, así como con bajos coeficientes de fricción. Existe también el factor de conservación del material, de tal manera que el volumen de metal que sale de los rodillos es igual al volumen que entra (constante de volumen).
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Características del conformado
Presión de rodillo
Longitud de contacto
Otras operaciones de laminado También encontramos otros procesos de deformación volumétrica que usan rodillos para conformar piezas. En estas operaciones incluimos el laminado de anillos, laminado de roscas, laminado de ruedas dentadas y perforado de rodillos.
Laminado de perfiles En el laminado de perfiles, el material se deforma para generar un contorno en la sección transversal. Los productos elaborados por este procedimiento incluyen perfiles de construcción como vigas en I, en U, en L, en T, así como raíles para vías de ferrocarril, barras redondas, cuadradas, varillas, etc. El proceso se realiza pasando el material a través de rodillos que tienen mecanizado el negativo de la forma deseada. La mayoría de los principios que se aplican en el laminado plano (a) son también aplicables al laminado de perfiles. Los rodillos conformadores (b) son más complejos y el tocho de material inicial -generalmente de sección cuadrada- requiere de una transformación gradual a través de varios rodillos para alcanzar la sección final.
Laminado de anillos El laminado de anillos es un proceso de deformación que lamina las gruesas paredes de un anillo para obtener otro de paredes más delgadas, pero de mayor diámetro. En la figura se puede observar el proceso antes y después. Conforme el anillo con paredes gruesas se comprime, se alarga el material, ocasionando, por tanto, que los diámetros del anillo aumenten. El laminado de anillos normalmente se aplica en caliente para anillos grandes, y en frío, para anillos pequeños. Las paredes de los anillos no se limitan a secciones rectangulares, por lo que el proceso permite la laminación de formas complejas. Así pues, aros para rodamientos de bolas y rodillos, llantas de acero para ruedas de ferrocarril y sujeciones (bridas, cinchos, etc.) para tubos, recipientes a presión y máquinas giratorias, etc. son aplicaciones típicas de laminado de anillos. Las ventajas del laminado de anillos sobre otros métodos para fabricar las mismas piezas son: el ahorro de material, la correcta orientación de la fibra para su óptima aplicación y el endurecimiento mediante el trabajo en frío. Rodillo loco Rodillo principal
Rodillos del borde Inicio del proceso
Final del proceso
Laminado de roscas Al diseño de la secuencia de las formas intermedias y sus correspondientes rodillos se le conoce como diseño de pases. Su objetivo: lograr una deformación uniforme a través de las secciones transversales de cada reducción, utilizando para ello rodillos horizontales y verticales que proporcionen una reducción consistente del material. De no ser así, algunas zonas se reducirán más que otras, causando una mayor diferencia de longitud en estas secciones, provocando torceduras y agrietamientos.
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Empleado para conformar roscas en piezas cilíndricas mediante su laminación entre dos roscas, es el proceso comercial más importante para producción masiva de piezas con roscas externas (husillos, varillas, pernos y tornillos, por ejemplo), entrando en competencia con el mecanizado. La mayoría de las operaciones de laminado de roscas se realizan en frío. Las máquinas laminadoras de roscas están equipadas con matrices especiales que determinan el tamaño y forma de la rosca. Estas matrices, básicamente, son de dos tipos:
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Características del conformado z peines planos que se mueven alternativamente entre sí, tal como se muestra en la figura, z rodillos redondos, que giran relativamente entre sí para lograr la acción de laminado. Perno a roscar
Fuerza de compresión Esfuerzos tensores
Perno roscado (a)
Peine fijo
Rodillos Peine móvil
Las velocidades de producción en el laminado de roscas pueden ser muy altas, alcanzando por ejemplo, 8 piezas/segundo en pernos y tornillos pequeños. Pero la velocidad no es la única ventaja con respecto al mecanizado, existen otras como son: z z z z
inexistencia de desperdicio de material, roscas más fuertes debido al endurecimiento por trabajo, superficies más lisas, mejor resistencia a la fatiga debido a los esfuerzos por compresión que se introducen durante el laminado.
Laminado de ruedas dentadas Éste es un proceso de conformado en frío para ciertos tipos de ruedas dentadas. La industria del automóvil es un importante usuario de estos productos. La instalación para el laminado de ruedas dentadas es parecida a la del laminado de roscas, exceptuando que las características de deformación de los cilindros o discos están orientadas paralelamente a su eje (o a un ángulo en el caso de las ruedas helicoidales) en lugar de la espiral del laminado de roscas. Las ventajas de este sistema, con relación al mecanizado, son similares a las del laminado de roscas: altas velocidades de producción, mejor resistencia a la fatiga y menor desperdicio de material.
Perforado de rodillos Es un proceso de conformado en caliente, destinado especialmente a la elaboración de tubos con paredes gruesas sin costura empleando dos rodillos opuestos, por lo que se contempla como proceso de laminado. Basado en el principio: que al comprimir un sólido cilíndrico sobre su circunferencia, como en la figura (a), se desarrollan altos esfuerzos de tensión en su centro, provocando la formación de una grieta interna si la compresión es lo suficientemente alta. La materialización de este principio se aprovecha mediante la disposición que se muestra en la figura (b): los esfuerzos de compresión se aplican sobre el tocho cilíndrico por dos rodillos, cuyos ejes se orientan en pequeños ángulos (≅6º) con respecto al eje del tocho; de esta manera, la rotación tiende a tirar del tocho a través de los rodillos. Un eje es el encargado de controlar el tamaño y acabado del agujero creado. A este sistema se le conoce como perforado rotatorio de tubos y proceso Mannesmann.
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Cilindro inicial
Mandril
Tubo terminado (b)
Bloque 2. Forjado Introducción La historia del forjado se remonta a la Antigüedad. Ya se forjaba en el antiguo Egipto, Grecia, Persia, China y Japón para hacer armas, joyería y otros elementos. En la antigua Creta, evolucionaron las placas de piedra labrada, utilizadas como matrices para la fabricación de monedas. Los trabajos de herrería permanecieron estancados durante muchos siglos hasta que se introdujo el martinete de forja con pisón guiado a fines del siglo XVIII, incorporando la forja a la era industrial. Las operaciones de forjado se desenvuelven de diversas formas, conduciéndonos a clasificarlas en función de la temperatura en la que se desarrollan. La mayoría se realizan en caliente (por encima y por debajo de la temperatura de recristalización), según la deformación que se desee y la necesidad de reducir la resistencia e incrementar la ductilidad del material de la pieza. No obstante, el forjado en frío también es muy común para ciertos conformados, proporcionando mayor resistencia a la pieza como consecuencia del endurecimiento por deformación. Como proceso de deformación, se comprime el material de la pieza entre dos partes, sirviéndose del impacto o presión gradual para conformar la forma estipulada de gran variedad de componentes de alta resistencia para el sector de la automoción, aeroespacial, naval, maquinaria pesada, etc. tales como cigüeñales, bielas, ruedas dentadas, ejes de transmisión, y otras piezas de gran resistencia. Además, en el sector siderometalúrgico se usa el forjado para preformar grandes componentes que, posteriormente, serán mecanizados para lograr su forma final con las dimensiones requeridas. Algunas de las características de las operaciones de forjado dependen más del tipo de equipo utilizado que de las diferencias en la tecnología de los procesos. Esto es, el martinete de forja es una máquina para forjado que aplica cargas de impacto, mientras que la prensa de forjado aplica presión gradual. Otra diferencia en las operaciones de forjado es el rango en que la matriz restringe el flujo del material de la pieza. Atendiendo a esta característica, encontramos tres tipos de operaciones de forjado: a) forjado con matriz abierta, b) forjado con matriz cerrada -o estampado- y c) forjado sin rebaba.
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Características del conformado do un efecto de abultamiento en forma de barril, llamado abarrilamiento, siendo más pronunciado cuando se realiza un trabajo en caliente con estampas frías. Ello se debe a:
tal como podemos observar en la figura.
z un coeficiente de fricción más alto, típico del trabajo en caliente, y
Estampa superior Pieza
(a)
Punzón
Estampa inferior (fija)
Pieza
Matriz
Pieza
Estampa superior
(c)
Rebaba Matriz o estampa inferior
z la transferencia de calor en la superficie de las estampas y sus cercanías, enfriando el material y aumentando su resistencia a la deformación. El metal más caliente se encuentra en el centro de la pieza y fluye más fácilmente que el de la periferia, más frío. El efecto se acentúa al aumentar la relación entre el diámetro y la altura de la pieza, debido al aumento del área de contacto entre estampa-pieza.
(b)
En el forjado con matriz abierta se comprime la pieza entre dos superficies planas -o casi planas- correspondientes a la estampa y al yunque (estampa inferior), permitiendo que el material se expanda sin restricciones en otra dirección, básicamente laterales con respecto a las superficies. En el forjado con matriz cerrada, las superficies interiores de la matriz (estampas) contienen la forma que se implanta al material de la pieza durante la compresión, restringiendo significativamente la expansión, de manera que sólo se permite la rebaba, que deberá recortarse posteriormente. En el forjado sin rebaba, la matriz (base y punzón) restringe completamente el material de la pieza dentro de la cavidad y no se produce rebaba, por lo que es vital controlar con mucha precisión el volumen de la pieza inicial para que sea igual al volumen de la cavidad, ya que si es demasiado pequeño, no llenará la cavidad y si es demasiado grande, puede dañar la matriz y/o la prensa.
Forjado con matriz abierta El ejemplo más elemental de forjado con matriz abierta es el recalcado o forjado para recalcar. Consiste en comprimir una pieza de sección cilíndrica entre dos estampas planas, reduciendo su altura e incrementando su diámetro, parecido a un ensayo de compresión. Si se realiza en condiciones ideales, sin fricción entre la pieza y la superficie de las estampas -caso bastante improbable-, la deformación será homogénea y el flujo radial de material es uniforme a lo largo de su altura, tal como se representa en la figura.
ho
h
Do Inicio
hf
D
Df
Compresión parcial
Resultado final
Las estampas para algunas aplicaciones tienen superficies ligeramente contorneadas que ayudan a conformar el material de la pieza, que además, debe manipularse frecuentemente mediante: giros en cada paso, para efectuar los cambios de forma requeridos. En la industria del acero, el conformado de grandes lingotes cuadrados para convertirlos en secciones redondas es un ejemplo de forjado con matriz abierta. Las formas obtenidas son bastante rudimentarias, necesitando de posteriores operaciones para acabar las piezas en sus dimensiones y geometría final. La característica más importante del forjado en caliente con matriz abierta es la obtención de una estructura metalúrgica favorable en el material (continuidad y homogeneidad en la fibra interna). Las operaciones características de matriz abierta suelen realizarse con estampas convexas, con estampas cóncavas y por secciones, como puede apreciarse en la figura. Estampa superior
Estampa superior
Pieza
Pieza
Estampa inferior Estampas concavas compresión siguiente
Estampas convexas Estampa superior Espesor final
ho
Do Inicio
h
hf
D
Df
Compresión parcial
Resultado final
Realmente, el recalcado no ocurre exactamente como se muestra en la figura, puesto que la fricción se opone a la expansión del material en la superficie de las estampas, crean-
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Estampa inferior
Espesor inicial
Estampa inferior
Avance intermitente de la pieza
Por secciones
El forjado con estampas convexas se utiliza para reducir la sección transversal y redistribuir el metal en una parte de la pieza, como preparación para operaciones posteriores de conformado. Las cavidades de las estampas convexas, frecuentemente se diseñan con múltiples formas, de manera que la
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Características del conformado barra inicial pueda conformarse toscamente antes del conformado final. El forjado con estampas cóncavas es parecido al anterior, excepto que las estampas tienen superficies cóncavas.
Las ventajas del forjado sobre el mecanizado completo de la pieza son: velocidades de producción más altas, menor desperdicio de material, mayor resistencia y orientación y cohesión más favorable de la fibra. En la figura se puede comparar la continuidad de la fibra en el forjado y en el mecanizado.
El forjado por secciones -también conocido como incremental- consiste en una secuencia de compresiones a lo largo de la pieza para reducir su sección transversal e incrementar su longitud, empleado en la industria siderúrgica para producir tochos y palastros a partir de los lingotes, utilizando estampas de superficies planas o con un ligero contorno. Forjada en caliente y mecanizada
Forjado con matriz cerrada Se realiza con estampas que tienen la forma inversa de la requerida en la pieza, tal como se muestra en la figura.
Estampa superior
Pieza
Rebaba Estampa inferior
Contacto inicial
Compresión parcial
Los avances tecnológicos en el forjado con matriz abierta han conducido a producir forjados con secciones más delgadas, formas más complejas, tolerancias más estrechas y la virtual eliminación de concesiones al mecanizado. A los procesos de forjado con estas características se conocen como forjado de precisión. Los metales más utilizados en el forjado de precisión son el aluminio y el titanio. En la figura siguiente se puede comparar los resultados obtenidos mediante un forjado de precisión y un forjado convencional con matriz cerrada, aunque el forjado de precisión en este ejemplo no elimina las rebabas, si las reduce.
Cerrado final
La pieza inicial puede ser cilíndrica, parecida a las de las operaciones previas con matriz abierta. Al cerrarse la matriz y llegar a su posición final, el metal fluye más allá de la cavidad, formando una rebaba en la pequeña abertura entre las estampas. Aunque la rebaba se recorta posteriormente, tiene realmente una función importante en el proceso: cuando empieza a formarse, la fricción se opone a que el material siga fluyendo hacia la abertura, forzándolo a permanecer en la cavidad. En caliente, la restricción del flujo es mayor, debido a que la rebaba se enfría rápidamente contra las estampas, incrementando así la resistencia a la deformación. Tal restricción del flujo en la abertura hace que las presiones se incrementen significativamente, forzando al material a llenar los recodos -algunas veces intrincados- de la cavidad, obteniendo un producto de calidad. Para transformar la forma inicial en la final deseada, generalmente se requieren varias etapas, necesitando estampas distintas para cada una de ellas. Las etapas iniciales se encargan de redistribuir el material en la pieza para conseguir una deformación uniforme y la estructura metálica requerida en las siguientes. Las últimas proporcionan el acabado a la pieza. Si se usa martinete, podrá requerir varios golpes para cada etapa. Las fuerzas necesarias en este proceso son considerablemente más grandes y más difíciles de analizar que en el forjado con matriz abierta, debido a la formación de la rebaba y a las geometrías más complejas de las piezas elaboradas. Tampoco tiene tolerancias estrechas, requiriendo frecuentemente de mecanizado para lograr la precisión necesaria. El proceso genera la geometría básica y, con el mecanizado, se logran los acabados con la precisión requerida en algunas zonas de la pieza, por ejemplo: taladros, roscas y superficies que deban encajar con otros componentes.
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Totalmente mecanizada
Extensiones de la rebaba
Forjado convencional
Líneas de separación Forjado de precisión
Algunas operaciones de forjado de precisión no producen rebaba, y dependiendo de la necesidad de mecanizado para acabar la pieza, el forjado de precisión puede contemplarse como un proceso de forma final o casi.
Forjado sin rebaba Aunque en el argot industrial, al tipo forjado anterior se llama forjado con matriz cerrada, cabe aclarar que técnicamente no es del todo correcto, ya que se forma rebaba. Para distinguir el proceso con matriz cerrada real, donde la pieza queda completamente dentro de la cavidad de la matriz durante la compresión sin que se forme rebaba, se emplea el término forjado sin rebaba. No obstante, el forjado sin rebaba impone requerimientos más exigentes sobre el control del proceso, que el forjado con matriz abierta, como: el volumen del material de la pieza antes de su prensado debe ser igual al volumen de la cavidad de la matriz dentro de tolerancias muy estrechas. Si la pieza es demasiado grande, la excesiva presión podrá causar daños a la matriz y/o a la prensa. Si es demasiado pequeña, no se llenará la cavidad, resultando una pieza defectuosa.
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Características del conformado
Punzón
Mordaza (matriz partida)
Tope
Alimentación Alambre Alimentación
Cierre mordazas
Avance del punzón
Formación de la cabeza
Punzón
Pieza terminada Matriz Inicio
Final
Debido a este requerimiento, este proceso es adecuado para la manufactura de piezas geométricas simples y simétricas, y para metales como el aluminio, el magnesio o sus aleaciones. Este tipo de forjado también se contempla como de precisión, con trabajos como el acuñado, con poco flujo de material.
Su aplicación está ampliamente extendida en el sector de la tornillería, remaches, clavos y productos similares de ferretería. En la figura siguiente se muestra una variedad de aplicaciones de recalcado para la formación de cabezas de distinto tipo, con varias configuraciones posibles de la matriz. Matriz
Punzón
Alambre
Cabeza de clavo elaborada con matriz abierta
Cabeza redonda conformada por el punzón
Distintas cabezas formadas por punzón y matriz
Punzón Pieza terminada
Forma inicial
Matriz Inicio
Compresión
Final y extracción de la pieza terminada
Proceso de acuñado.
Los valores de las fuerzas que se alcanzan en el forjado sin rebaba son comparables a las del forjado con matriz abierta.
Otras operaciones de forja y operaciones relacionadas
Consecuencia de este tipo de aplicaciones, es que se producen más piezas por recalcado -en frío, en tibio o en caliente- que por cualquier otra operación de forjado. Por ejemplo, en la fabricación de tornillos, la formación de la cabeza por recalcado es un proceso previo al laminado de la rosca. Existen límites para la cantidad de deformación que se puede alcanzar en el recalcado. La longitud máxima que se puede recalcar en un golpe es de tres veces el valor del diámetro de la barra inicial. De no ser así, el material se dobla o arruga en lugar de comprimirse para llenar adecuadamente la cavidad.
Estampado con forja y forjado radial Ambos son procesos de forjado que se utilizan para reducir el diámetro de un tubo o de una barra maciza. El estampado, generalmente, se ejecuta en el extremo de una pieza para crear una sección adelgazada. El proceso que se muestra en la figura es ejecutado mediante dos estampas giratorias que golpean radialmente hacia dentro para estrechar la pieza conforme ésta avanza dentro de las estampas. Estampas
Además de las operaciones convencionales de forja descritas en las secciones anteriores, hay otras operaciones de formado de metal que se asocian muy cerca con el forjado.
Pieza
Diámetro final
Diámetro inicial
Recalcado El recalcado es una operación de deformación donde una parte de la pieza -habitualmente cilíndrica- aumenta su diámetro y reduce su longitud mediante el proceso con matriz abierta o con matriz cerrada. En la figura siguiente se detallan las etapas del proceso con matriz cerrada.
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Avance
En la figura siguiente se exponen algunas de las formas y productos obtenidos por estampado. Para trabajar piezas tubulares, generalmente se precisa de un mandril para controlar la forma y diámetro interno de las zonas tubulares que se estampan.
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Características del conformado
Órbita del eje
Estampa superior
El forjado radial es similar al estampado en su acción contra la pieza y creación de formas. La diferencia está en que en el forjado radial las estampas no giran alrededor de la pieza, sino que en su lugar, la pieza es la que gira al avanzar dentro de las estampas.
Pieza Estampa inferior
Forjado con rodillos Se emplea para reducir la sección transversal de una pieza cilíndrica (o rectangular). Ésta pasa a través de una serie de rodillos opuestos con canales que igualan la geometría requerida en la pieza terminada. En la figura se muestra una operación típica.
Área de contacto entre la estampa superior y la pieza
Punzonado Pieza Rodillo
El punzonado en forja es un proceso de deformación en el que se prensa un punzón endurecido sobre un bloque de acero -u otro metal- suave. Es utilizado para realizar cavidades en moldes destinados al moldeado de plásticos y fundición.
Pestaña de guía
Aunque utiliza rodillos, este proceso -generalmente- se clasifica como un proceso de forja. El giro de los rodillos no es continuo, sino solamente en una fracción de vuelta que corresponde a la deformación requerida en la pieza. Las piezas forjadas con este proceso son generalmente más fuertes y disponen de una estructura fibrosa favorable comparado con la misma pieza mecanizada.
Pisón de la prensa
Punzón de acero endurecido Pieza Asiento
Forjado orbital La deformación es producida por medio de una estampa superior cónica que gira y presiona simultáneamente sobre la pieza. El material de la pieza se comprime sobre una estampa inferior que tiene una cavidad. Puesto que el eje del cono está inclinado, solamente una pequeña área de la superficie de la pieza se comprime en cada momento. Al moverse la estampa superior, el área bajo compresión también gira. En las operaciones de forjado orbital se evidencia una sustancial reducción en la carga requerida de la prensa para alcanzar la deformación.
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Para forzar el punzón hacia el interior del bloque de material es necesario disponer de una presión importante, por lo que es habitual que se realice con una prensa hidráulica. La formación completa de la cavidad, normalmente, requiere de varios pasos, así que es conveniente recocer el material justo después de alcanzar la forma para aliviar el endurecimiento producido por la deformación. Cuando el bloque de material se ha deformado significativamente, tal como se muestra en la figura, el exceso se elimina por mecanizado. La ventaja del punzonado en esta aplicación es que es más fácil mecanizar la forma positiva que
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Características del conformado erosionar la cavidad negativa. Esta ventaja se multiplica en los casos donde tienen que realizarse múltiples cavidades en el bloque de la estampa.
Forjado isotérmico con estampa caliente Este término se aplica a operaciones de forjado en caliente donde la pieza es mantenida a temperaturas cercanas a su elevada temperatura inicial durante la deformación, mediante las estampas. Si se evita que la pieza se enfríe a través del contacto con la superficie fría de las estampas, como sucede en el forjado convencional, el material fluirá más fácilmente y la fuerza requerida para desarrollar el proceso se reducirá. El forjado isotérmico es más costoso que el forjado convencional y se reserva para metales difíciles de forjar, como el titanio y las superaleaciones, así como para piezas complejas. En ocasiones, para evitar la oxidación rápida del material de las estampas, el proceso se realiza al vacío. Similar al forjado isotérmico es el forjado con estampa caliente, en el que se calientan las estampas a temperatura algo menor que la de la pieza.
algo parecido a lo que sucede cuando apretamos un tubo de pasta de dientes. La extrusión -del latín «extrudere», que significa salir fuera- como proceso industrial se remonta a 1793 en Inglaterra, cuando S. Bramah utilizó la primera prensa hidráulica para extruir tubos de plomo. Alrededor de 1881 en Alemania, se construyó (A. Dick) la primera prensa horizontal de extrusión para metales con puntos de fusión más altos que los del plomo. Las ventajas de los procesos actuales son: z posibilidad de extruir una gran variedad de formas, especialmente en caliente, aunque permanece la limitación de la geometría en su sección transversal, debiendo mantenerse a lo largo de toda la pieza, z tanto en caliente como en frío, se mejoran la estructura fibrosa y las propiedades de resistencia, z posibilidad de tolerancias muy estrechas, especialmente en frío, z prácticamente no se genera material de desperdicio.
Tipos de extrusión
Recortado Es una operación que se emplea para eliminar la rebaba de la pieza generada en el forjado con matriz cerrada. En la mayoría de los casos se realiza por cizallamiento, mediante la acción de un punzón que fuerza a la pieza a pasar a través de una placa matriz de corte, cuyo contorno tiene el perfil final de la pieza.
La extrusión se puede desarrollar de varias maneras: z según su configuración física: - extrusión directa - extrusión inversa (indirecta). z según la temperatura de trabajo: - en frío, - en caliente.
Punzón Rebaba Matriz
Bordes de corte
Suele realizarse mientras la pieza aún está caliente, lo que significa que se debe incluir una prensa de recortado separada para cada martinete o prensa. En los casos donde la pieza se puede dañar como consecuencia del recorte, éste se hace por otros medios, como el esmerilado.
z según el proceso: - continuo - discrecional.
Extrusión directa También conocida como extrusión hacia delante se desarrolla tal como se representa en la figura. Contenedor o recipiente Pisón/Punzón
Bloque 3. Extrusión
Forma final de la pieza
Matriz Tocho
Introducción Se trata de un proceso de conformado por compresión en el que el material de la pieza es forzado a fluir a través de la abertura de una matriz con la forma de su sección transversal,
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Un tocho de metal se carga en un recipiente, y un punzón comprime el material forzándolo a pasar a través de una o más aberturas de la placa matriz situada en el extremo opuesto del recipiente. Al aproximarse el punzón a la placa matriz, queda una pequeña parte del tocho que no puede forzarse a través de
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Características del conformado la abertura de la matriz. Esta porción extra -conocida como tope o cabeza- se separa de la pieza cortándola, inmediatamente después de que se retira la matriz. Un problema en la extrusión directa es la gran fricción que existe entre la superficie del trabajo y la pared del recipiente al forzar el deslizamiento del tocho hacia la abertura de la matriz. Esta fricción genera un importante incremento en la fuerza requerida por el punzón, agravándose en la extrusión en caliente por la presencia de una capa de óxido en la superficie del tocho que puede ocasionar defectos en los productos extruidos. Para resolver este problema se usa un «bloque simulado» entre el punzón y el tocho de trabajo, con un diámetro ligeramente menor que el del tocho, de manera que permite la formación de un anillo de metal -capas de óxido en su mayoríaen el interior del recipiente y quedando la pieza final libre de óxidos. El extrusionado directo también permite la elaboración de secciones huecas, como por ejemplo: tubos, y abiertas o semihuecas, tal como se puede observar en la figura. Recipiente Forma final de la pieza
Pisón
Mandril Tocho
Sección hueca
Matriz
Sección abierta o semi-hueca
El tocho inicial se prepara con una perforación paralela a su eje. Esto permite el paso de un mandril que se fija en el bloque simulado. Al comprimir el tocho, se fuerza al material a pasar a través del claro entre el mandril y la abertura de la placa matriz, resultando una sección transversal tubular. Otras formas abiertas -generalmente- se extruyen de la misma forma.
Contenedor
Pisón hueco
Contenedor
Tocho Pisón Matriz Forma final de la pieza
Para sección transversal sólida
Tocho Matriz Forma final de la pieza Para sección transversal hueca
También con la extrusión indirecta se pueden producir secciones huecas. Para ello, el punzón presiona en el tocho, forzando al material a circular alrededor del punzón en forma de copa. Existen limitaciones prácticas en la longitud de la pieza extruida, así como con el sostenimiento del punzón a medida que la longitud aumenta.
Extrusión en frío Dependiendo del material de la pieza y de la magnitud de la deformación a que se someta durante el proceso, la extrusión se realizará en frío o en caliente. Los metales típicos de extrusión en caliente son: aluminio, cobre, magnesio, zinc, estaño y sus aleaciones. Estos mismos materiales también se extruyen algunas veces en frío. Los aceros normalmente son extruidos en caliente, aunque los más suaves y más dúctiles (aceros con bajo contenido de carbono y algunos aceros inoxidables) también se extruyen algunas veces en frío. El aluminio y la mayoría de sus aleaciones son un material ideal para la extrusión (en caliente o en frío), así que muchos productos comerciales con base de aluminio se elaboran por este proceso: perfiles estructurales y marcos para puertas y ventanas. Generalmente, tanto la extrusión en frío como la extrusión «en tibio» se emplean para producir series moderadas de piezas, frecuentemente en forma acabada o semiacabada, con claras ventajas: mayor resistencia debida al endurecimiento, tolerancias estrechas, acabados superficiales mejorados, ausencia de capas de óxidos, con altas velocidades de producción y sin necesidad de calentar el tocho inicial. El término «extrusión por impacto» se usa para indicar una extrusión fría de alta velocidad.
El tocho inicial suele ser redondo, que obviamente siempre es de mayor diámetro que la abertura más grande de la matriz.
Extrusión en caliente
Extrusión inversa
La extrusión en caliente comporta el calentamiento previo del tocho a una temperatura superior a la suya de cristalización, lo que reduce la resistencia y aumenta la ductilidad del metal, permitiendo mayores reducciones de tamaño y la obtención de formas más complejas.
En la extrusión inversa -también llamada extrusión hacia atrás y extrusión indirecta- la matriz está montada sobre el punzón, en lugar de estar en el extremo opuesto del recipiente como en la directa. Al penetrar el punzón en el material de la pieza, lo fuerza a pasar a través del claro en dirección opuesta a la del punzón. Como el tocho no se mueve con respecto al recipiente, no hay fricción en las paredes del recipiente. Por tanto, la demanda de fuerza en el punzón es menor que en la extrusión directa. Las limitaciones de la extrusión inversa vienen impuestas por la menor rigidez del punzón hueco y la dificultad de sostener la pieza extruida tal como sale de la matriz.
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Este procedimiento permite reducir la necesidad de fuerza en el punzón, mayor velocidad del mismo y mejora de las características de la fibra interna en el producto final. Cuando se produce el enfriamiento del tocho por contacto con las paredes del recipiente, se crea un problema, que para solucionarlo, en ocasiones, debe plantearse la extrusión isotérmica. La lubricación es un aspecto vital de la extrusión en caliente de ciertos metales: acero, lo que ha obligado a desarrollar ciertos lubricantes especiales para que sean efectivos bajo las condiciones agresivas del proceso. Algunas veces se usa el vidrio como lubricante de la extrusión en caliente que,
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Características del conformado además de reducir la fricción, proporciona un efectivo aislamiento térmico entre el tocho y el recipiente. Punzón
Proceso continuo
Pieza extruida
Un verdadero proceso continuo permite una producción estable durante un período indefinido de tiempo. Algunas operaciones de extrusión se acercan a este ideal, produciendo secciones muy largas en un solo ciclo, pero finalmente quedan limitadas por el tamaño del tocho que se puede cargar en el contenedor. Así que realmente se puede contemplar como procesos semi-continuos. Prácticamente, todas las secciones largas se cortan posteriormente en tramos más pequeños.
Proceso discrecional En un proceso discrecional, la producción se limita a una sola pieza en cada ciclo. La extrusión por impacto es un claro ejemplo de este tipo de proceso.
Otros procesos de extrusión Aunque no se pueden considerar sistemas en sí, puesto que son adaptaciones o combinaciones de tipos que ya hemos mencionado, presentamos dos formas de extrusión que nos parecen interesantes.
Extrusión por impacto La extrusión por impacto se ejecuta a mayor velocidad y con carreras más cortas que la extrusión convencional. Está destinada a la elaboración de componentes individuales (proceso discrecional). El punzón golpea -más que aplicar presión- sobre la pieza.
Forma inicial
Matriz
Combinada
La extrusión por impacto hacia atrás es la más empleada. Entre los productos elaborados por este proceso se incluyen tubos para pastas de dientes y carcasas de pilas y baterías, lo que certifica la posibilidad de obtención de piezas con paredes muy delgadas mediante este proceso. Las capacidades de reducción y características de alta velocidad de producción, dotan a este sistema de gran importancia por sus connotaciones económicas.
Extrusión hidrostática Uno de los problemas de la extrusión directa es la fricción tocho-contenedor a lo largo del proceso. Este problema se puede solucionar convirtiendo el contenedor en una cámara de presión (como la camisa de un cilindro hidráulico) rellena de fluido en su interior, el cual es presionado por el movimiento del pisón (punzón). De esta manera, no existe fricción dentro del recipiente y también se reduce la fricción en la abertura de la matriz. También es menor la fuerza que necesita el pisón, y la presión del fluido actúa sobre todas las superficies del tocho, de ahí el nombre del proceso. Se puede ejecutar a temperatura ambiente o a temperaturas elevadas, pero para temperaturas elevadas se precisan fluidos y procedimientos especiales. Contenedor
Puede llevarse a cabo como extrusión directa, como inversa o una combinación de ambas, habitualmente en frío. En la figura se presentan los ejemplos representativos. Pisón
Pieza extruida
Punzón
Matriz
Forma inicial
Matriz
Fluido Pieza extruida
La presión hidrostática sobre el material de la pieza incrementa su ductilidad. Por consiguiente, este proceso es adecuado para materiales que son demasiado frágiles para la extrusión convencional, lo que no significa que los metales dúctiles no puedan extruirse hidrostáticamente, puesto que para ellos es posible una alta relación de reducción.
Hacia adelante
Punzón
Forma inicial
Matriz
Hacia atrás
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Tocho
Pieza extruida
Una desventaja de este proceso es que se requiere la preparación de los tochos iniciales, mecanizando una espiga en uno de sus extremos para que ajuste con al ángulo de entrada de la matriz, así actúa como cierre estanco para las fugas del fluido a través de la abertura al iniciarse la presurización del recipiente.
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Características del conformado
Defectos en productos extruidos
Bloque 4. Estirado
Consecuencia de la importante deformación generada en las operaciones de extrusión, pueden producirse algunos defectos en las piezas, agrupados en tres bloques:
Introducción Es una operación en la que la sección transversal de una barra, varilla o alambre se reduce al tirar del material a través de la abertura de una placa matriz, contemplada como proceso de deformación volumétrica. Matriz de estirado Material inicial
Reventado central
Tubificado
Agrietado superficial
Dr
Do
Tamaño final de la pieza
Reventado central También conocido como fractura de punta de flecha, agrietado central y agrietado tipo chevron, es el desarrollo de una grieta interna, resultante de los esfuerzos de tensión a lo largo de la línea central de la pieza durante la extrusión. Aunque pueden parecer improbables en un proceso de compresión como la extrusión, los esfuerzos de tensión suelen aparecer en zonas apartadas del eje central bajo condiciones que les ocasionan gran deformación.
De características -en general- parecidas a la extrusión, se diferencia en que en el estirado se tira del material a través de la matriz, mientras que en la extrusión se empuja a través de ella.
El movimiento de material es mayor en la periferia, tirando del material a lo largo del centro de la pieza. Si los esfuerzos son lo suficientemente importantes, ocurre el reventado central.
Entre el estirado de barras y el estirado de alambre la única diferencia básica es el tamaño del material que se procesa. El estirado de barras se refiere al material de diámetro grande, mientras que el estirado de alambre se aplica al material de diámetro pequeño, pudiéndose alcanzar diámetros de 0,03 mm. Aunque la mecánica del proceso es la misma para los dos casos, el equipo y la terminología mantienen algunas diferencias.
Las condiciones que promueven estas fallas son: los ángulos obtusos de la matriz, las bajas relaciones de extrusión y las impurezas del material de la pieza, sirviendo estas últimas como punto de inicio de las grietas. La detección del reventado central es muy difícil, y al ser un defecto interno no se observa -generalmente- en una inspección visual normal.
Tubificado (bolsa de contracción) Asociado con la extrusión directa, es un hundimiento (rechupe) en un extremo del tocho, pudiéndose paliar con el uso de un bloque simulado de diámetro ligeramente menor que el del tocho. También se le conoce como cola de tubo y cola de pescado.
Agrietado superficial Es el resultado de las altas temperaturas de la pieza, generadas por una gran -pero inadecuada- velocidad de extrusión que desarrolla altas velocidades de deformación asociadas con generación de calor, causando el desarrollo de grietas en la superficie. Otros factores que contribuyen al agrietamiento superficial son: fricción alta y el enfriamiento rápido de la superficie de los tochos cuando están a altas temperaturas procedentes de la extrusión en caliente.
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Aunque es obvia la presencia de esfuerzos de tensión, la compresión también juega un papel importante, puesto que el metal se comprime al pasar a través de la abertura de la matriz. Por esta razón, la deformación que ocurre en el estirado, algunas veces recibe el nombre de compresión indirecta o inversa.
El estirado de barras se realiza generalmente como una operación de estirado simple, pasando el material a través de la abertura de la matriz. Puesto que el material de partida es de mayor diámetro, no suele venir enrollado, sino en forma de barras, lo que limita la longitud de trabajo teniendo que recurrir a operaciones en lote. Por el contrario, el alambre se estira a partir de rollos de alambre, cuya longitud es de varios cientos de metros pasando a través de una serie de placas matriz. La cantidad de placas varía, puede oscilar entre cuatro y doce. Estirado continuo «continuous drawing» es el término utilizado para describir este tipo de operación, debido a los grandes metrajes de producción que alcanzan con los rollos de alambre, ya que suelen soldarse a tope con el siguiente y así ejecutar el proceso de forma verdaderamente continua.
Práctica del estirado El estirado se realiza generalmente en frío, destinado frecuentemente a producir secciones redondas, aunque también se pueden estirar secciones cuadradas y con otras formas. El estirado de alambre es un proceso industrial importante que provee materia prima para productos comerciales como
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Características del conformado cables de acero, cables eléctricos, alambre para cercas, carros para supermercados, varillas para producir clavos, tornillos, remaches, resortes, así como para otros artículos de ferretería. El estirado de barras se usa para producir barras destinadas al mecanizado y para otros procesos. Material inicial Bastidor de matrices
Mesa de entrada
Barras estiradas
El mandril fijo, montado en una barra soporte, fija el diámetro interior y el espesor de la pared del tubo durante la operación. Las limitaciones prácticas en la longitud de la barra de soporte restringen la longitud de los tubos que se pueden estirar. El tapón flotante, cuya forma se diseña de manera que encuentre su posición natural en la zona de reducción de la matriz, evita las limitaciones en la longitud del estirado.
Bloque 5. Conformado mecánico de láminas metálicas
Corredera
Cilindro hidráulico Armazón de salida
Introducción
Las ventajas del estirado son:
El conformado mecánico de láminas metálicas -en la Introducción de este capítulo ya dimos la razón de la denominación «láminas metálicas»- engloba las operaciones de corte y conformado.
z z z z
El espesor del material oscila entre algunas décimas de milímetro hasta 10 mm para la mayoría de los trabajos. A partir de esta medida, los parámetros sufren algunas variaciones, por lo que se aplican ciertas modificaciones. Las láminas utilizadas -generalmente- proceden del laminado.
Banco hidráulico para estirado de barras
control dimensional preciso, acabado superficial bueno, propiedades mecánicas mejoradas, adaptabilidad para la producción: económica (gran metraje) o en lotes.
Las velocidades de estirado son altas: 50 m/s para alambre muy fino.
Estirado de tubos El estirado también se utiliza para reducir el diámetro o el espesor de la pared de tubos sin costura y tuberías. El estirado del tubo se puede ejecutar con o sin mandril. El método más sencillo no usa mandril y se aplica para la reducción del diámetro, pero con el problema derivado de carecer de control sobre el diámetro interno y el espesor de la pared.
La importancia económica del conformado de láminas es considerable, solamente tenemos que echar un vistazo por encima a la cantidad de productos industriales y de consumo que incluyen piezas de láminas metálicas: carrocerías de automóviles y camiones, barcos, aviones, vagones de ferrocarril y locomotoras, equipos de construcción, equipos agrícolas, utensilios grandes y pequeños, muebles para oficina, ordenadores y equipo de oficina, etc. Aunque estos ejemplos son obvios, puesto que su periferia está formada por láminas metálicas, muchos componentes internos de estos mismos productos también son de lámina metálica. Las piezas de lámina metálica se caracterizan -generalmente- por su resistencia, buena precisión dimensional, buen acabado superficial y bajo coste relativo. Así pues, se diseñan operaciones de gran producción para las grandes cantidades de componentes que se requieren en muchos de los productos arriba mencionados. La mayoría de los procesos se realizan en frío -a temperaturas ambiente- excepto cuando el material tiene un espesor considerable, es frágil o la deformación es importante. Para facilitar la producción, las láminas metálicas se introducen en las prensas en forma de tiras o bobinas. Los procesos se agrupan en tres bloques:
Ésta es la razón por la que se usan mandriles de varios tipos, dos de los cuales se muestran en la figura:
Mandril fijo
Tapón flotante
z corte, z doblado, y z embutido. El corte se usa para trocear láminas grandes en piezas más pequeñas, para delimitar el perímetro o hacer agujeros en una pieza. El doblado y el embutido tienen su aplicación en la transformación geométrica y, consecuentemente, dimensional. El herramental utilizado para ejecutar estas operaciones suele estar compuesto por punzón y matriz, montado en máquinas herramientas llamadas prensas. Para distinguirlas
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Características del conformado
A las piezas elaboradas por estos métodos suelen denominarlas troqueladas o estampadas.
Debajo está la zona de fractura, una superficie bastante tosca del borde, donde el movimiento continuo del punzón hacia abajo ha causado la fractura o desgarro del material. Finalmente, al fondo encontramos la rebaba, un filo causado por el alargamiento del metal durante la separación final de las dos piezas.
Operaciones de corte
Cizallado, punzonado y perforado
El corte es consecuencia de un proceso de cizalladura materializado entre dos bordes afilados de corte. La secuencia de la acción de la cizalla se describe en los cuatro pasos esquematizados:
Consideramos tres operaciones en el trabajo con prensa que cortan el metal por el mecanismo de cizalladura descrito: el cizallado, el punzonado y el perforado.
de las prensas de forjado y extrusión suelen denominarse prensas de troquelado o prensas de matricería.
El cizallado es la operación que corta una lámina de metal a lo largo de una línea recta comprendida entre dos bordes de corte.
Punzón Deformación plástica
1)
2) Punzón de la cizalla
Espesor del material Juego Matriz
Penetración
4)
3)
Fractura
El filo de corte superior (punzón) se desplaza hacia abajo sobrepasando el filo -estacionario- de corte inferior (matriz). Cuando el punzón empieza a empujar el material, se produce una deformación plástica en las superficies de la lámina y, a medida que éste sigue avanzando produce una penetración que comprime la lámina provocando la fractura (corte) del material. Si la distancia entre el punzón y la matriz (juego o claro) es la correcta, las dos líneas de fractura se encontrarán y el resultado es una separación limpia en dos piezas.
El cizallado normalmente se emplea para reducir grandes láminas a secciones más pequeñas para posteriores operaciones de prensado y troceado. Se ejecuta en una máquina llamada cizalla, la cual dispone su cuchilla superior de forma sesgada, con el objetivo de suavizar la acción, reduciendo de esta forma la fuerza requerida para el corte. El punzonado (blanking) comporta el corte de una lámina de metal a lo largo de una línea cerrada en un solo paso, para separar la pieza del material circundante, siendo la parte separada la forma deseada de la operación. El perforado (punching) es muy parecido al punzonado, con la excepción de que la parte resultante del corte se desecha, quedando el material restante como pieza deseada. En la figura se puede observar la diferencia. Tira (desperdicio)
Pieza
Los bordes cizallados de la lámina tienen formas características que se muestran en la figura. Redondeado Bruñido Zona de fractura
Rebaba
Encima de las superficies de corte hay una región que se llama redondeado. Éste corresponde a la depresión formada por el punzón en la pieza antes de empezar el corte, justo donde empieza la deformación plástica. A continuación se encuentra una zona, relativamente lisa, llamada bruñido, consecuencia de la penetración del punzón en el material antes de empezar la fractura.
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Pieza
Punzonado
Recorte (pedacería o desperdicio) Perforado
Análisis del corte Los parámetros importantes en el corte de láminas metálicas son el juego (c)o claro entre el punzón y la matriz (también denominada sufridera), el espesor y tipo de material, así como su resistencia y la longitud del corte.
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Características del conformado
Juego o claro En las operaciones de corte, a la distancia entre el punzón y la matriz se le denomina juego o claro. Generalmente, oscilan entre 4 y 8% del espesor (t) de la lámina metálica para el prensado convencional. El efecto de los juegos inadecuados se puede ver en la figura.
Para que las piezas o los recortes caigan a través de la matriz, la abertura de ésta debe tener un desahogo angular entre 0,25º y 1,5º en cada lado. Matriz
Desahogo
Fuerzas de corte
Juego pequeño
Juego grande
Si el juego es demasiado justo, las líneas de fractura tienden a pasar una sobre otra, provocando un doble bruñido y requiriendo mayor fuerza de corte. Si el juego es demasiado grande, las aristas de corte pellizcan el metal generando una rebaba excesiva. En operaciones especiales que requieren bordes muy rectos, el juego aplicado corresponde al 1% del espesor del material. Por tanto, el juego correcto depende del tipo de lámina y de su espesor, así que podemos calcularlo con la siguiente fórmula: c=a×t siendo a un factor de tolerancia, determinado de acuerdo con el tipo de material. Los valores del juego pueden ser aplicados al punzonado convencional y a las operaciones de perforado de agujeros para determinar el tamaño adecuado del punzón y de la matriz. Es evidente que la abertura de la matriz siempre será mayor que el tamaño del punzón. Por tanto, la adición del valor del juego al tamaño de la abertura de la matriz, o la resta del tamaño del punzón, dependerá de que la parte que se corta sea la pieza deseada o recorte (pedacería).
Material Tamaño del punzón
Matriz Juego
Tamaño de la matriz
Forma de la pieza
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F=S ×t×L siendo S la resistencia al corte del material, t el espesor del material, y L la longitud de la arista de corte. En el punzonado, perforado, ranurado y operaciones similares, L corresponde a la longitud del perímetro de la geometría o agujero que se corta. En la determinación de L se puede anular el efecto del juego.
Otras operaciones de corte de láminas metálicas Además del cizallado, punzonado y perforado existen otras operaciones de corte mediante prensado, tales como: z Corte en trozos y partido. z Ranurado, perforado múltiple y muescado. z Recorte, rasurado y punzonado fino.
Corte en trozos y partido El corte en trozos es una operación de corte en que las piezas se separan de una tira, cortando las matrices de forma opuesta, tal como se muestra en la figura, produciendo una pieza nueva en cada corte.
Punzón
Juego
Es importante calcular la fuerza de corte necesaria, ya que ésta determina el tamaño (tonelaje) de la prensa a utilizar. La fuerza de corte F en el trabajo con láminas puede determinarse por:
Las características que distinguen el corte en trozos del corte convencional son: z los bordes de corte no deben ser necesariamente rectos, y z las piezas encajan en la tira de tal manera que se evitan los recortes. El partido consiste en el corte de una tira por un punzón con dos filos, cuyas geometrías coinciden con los lados opuestos de la pieza, tal como se muestra en la figura. El partido es menos eficiente que el corte en trozos debido a la producción de recortes.
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Características del conformado
Tira
Líneas de corte
Tira
Ambas líneas se cortan al mismo tiempo
Punzón
Pisón
Pieza Matriz
Desperdicio
Pieza En trozos
Partido
Rasurado
Ranurado, perforado múltiple, muescado y semi-muescado El término ranurado se usa algunas veces para referirse a la operación de punzonado en que se corta un agujero rectangular o alargado. El perforado múltiple es la perforación simultánea de varios agujeros en una plancha. El patrón de distribución y medida de los agujeros es variable, en función del uso a que se destine, decoración, guía de tubos, ventilación, paso de luz, fluidos o gases, etc. Ranura
Líneas de corte en trozos Perforado múltiple Ranurado
Pedacería
Muescado
Punzonado fino
El punzonado fino es una operación de cizallado, empleada para cortar piezas con tolerancias estrechas y obtener bordes rectos y lisos en un solo paso. Al inicio del ciclo, una placa pisón con salientes en forma de V, aplica una fuerza de sujeción contra la plancha, con el objetivo de comprimir el material y prevenir la distorsión. Seguidamente, el punzón desciende con una velocidad más baja de lo normal y con juegos más reducidos para proporcionar las dimensiones y los bordes deseados. Este proceso normalmente se utiliza con espesores pequeños.
Bloque 6. Operaciones de doblado Introducción
Pieza terminada Muescado y semi-muescado Semi-muescado
Para obtener el contorno deseado de una pieza, habitualmente se cortan trozos de plancha mediante procesos de muescado o semi-muescado. El muescado es el corte de un trozo de material en un lado de la plancha o de la tira. El semi-muescado recorta una porción de material del interior de la plancha. Puede parecer que el semi-muescado es lo mismo que el perforado o el ranurado. La diferencia es que el espacio dejado por el material cortado por el semi-muescado crea parte del contorno de la pieza, mientras que el perforado y el ranurado generan agujeros en la pieza.
En el ámbito del conformado de láminas metálicas el doblado se define como la deformación del material alrededor de un eje recto. Durante la ejecución de doblado, el material de la zona interior del plano neutral se comprime, mientras que el de la zona exterior se estira. Por tanto, el material se deforma plásticamente adoptando el doblez de forma permanente al cesar los esfuerzos que lo causaron. El doblado, teóricamente, produce poco o ningún cambio en el espesor de la lámina, aunque en la práctica no es del todo cierto.
Material tensionado Plano del eje neutral Eje de doblado
Eje neutral Material comprimido
Recorte, rasurado y punzonado fino El recorte se realiza en piezas ya conformadas para quitar el exceso de material y determinar su tamaño. El término tiene el mismo significado que en forjado (bloque 2 de este capítulo). Un ejemplo típico es el recorte de la parte superior de una copa elaborada por embutido profundo para su acabado en forma y dimensiones deseadas. El rasurado se ejecuta con un juego -entre punzón y matriz- muy pequeño, destinado a obtener dimensiones precisas y bordes lisos y rectos. Es una operación de acabado que se aplica a las piezas que han sido cortadas previamente.
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Doblado en V y doblado de bordes Las operaciones de doblado se realizan utilizando diversos tipos de herramientas, aunque básicamente son punzones y matrices o sufrideras. Los dos métodos de doblado más comunes son el doblado en V, ejecutado sobre una sufridera en V, y el doblado de bordes, ejecutado con una matriz deslizante.
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Características del conformado
Punzón Punzón
Punzón Pisón
Matriz Doblado en V
Matriz Doblado de bordes
En el doblado en V, la plancha se dobla entre un punzón y una matriz, ambos en forma de V, con diversidad de ángulos posibles. Este método de doblado, normalmente se utiliza para operaciones de baja producción y se ejecuta en prensa. El doblado de bordes comporta una carga voladiza sobre la plancha. Se emplea una placa pisón para la sujeción de la pieza contra la superficie de la matriz, mientras que el punzón fuerza la parte en voladizo para doblarla sobre el borde de la matriz. En la figura, el doblado se limita a ángulos de 90º, pero también se diseñan -para trabajos de gran producción- matrices deslizantes más complicadas y para ángulos mayores de 90º. La presión de la placa pisón añade más complicación a las matrices deslizantes.
Análisis del doblado
Matriz
La magnitud de la recuperación elástica se incrementa con el módulo de elasticidad E y la resistencia a la fluencia del material de la plancha. Existen varios métodos para lograr una compensación de la recuperación elástica. Los dos más comunes son el sobre doblado y el fondeado. En el sobre doblado, el ángulo del punzón y su radio se fabrican ligeramente menores que el ángulo especificado, de manera que la plancha regrese al valor deseado. El fondeado consiste en comprimir la pieza al final de la carrera, deformándola plásticamente en la zona del doblado.
Fuerza necesaria para el doblado La fuerza que se requiere para realizar el doblado depende de la geometría del punzón y de la matriz, así como de la resistencia, espesor y ancho de la plancha que se dobla.
El material de espesor t se dobla a través de un ángulo de doblado α. El resultado es una plancha con un ángulo incluido α1, tal que α + α1 = 180º. El radio del doblado R normalmente se referencia sobre la parte interna, en lugar de sobre el eje neutral. Este radio del ángulo queda determinado por el radio del punzón, que a su vez, no puede ser inferior a un valor mínimo -dependiendo del tipo de material y espesorpara evitar la formación de grietas en el curvado a lo largo de la pieza W.
Tolerancia de doblado Si el radio del doblado es pequeño con relación al espesor del material, éste tiende a estirarse durante el doblado. Es importante poder estimar la magnitud del estirado, de manera que la longitud final de la pieza coincida con la cota especificada. El problema es determinar la longitud del eje neutro antes del doblado, para controlar el estirado de la sección doblada final.
Punzón
Matriz
Otras operaciones de doblado y operaciones relacionadas Además del doblado en V y doblado de bordes, se practican otras operaciones de doblado. Algunas de éstas comportan el doblado sobre ejes curvos en lugar de ejes rectos, o tienen otras características que se diferencian de las operaciones básicas.
Refuerzo, doblez, engrapado y rebordeado Recuperación elástica Cuando cesa la presión al terminar la operación de doblado, la propia elasticidad de la parte doblada hace que ésta recobre parcialmente su forma original. Esta recuperación elástica se define como el incremento del ángulo comprendido en la parte doblada en relación con el ángulo de la herramienta formadora (punzón-matriz) después de que esta última se ha retirado.
El refuerzo -también conocido como brida- se obtiene mediante el doblado a 90º de uno o varios lados de la plancha para formar un borde frecuentemente para reforzar o dar rigidez a la pieza. El borde se puede formar en un plegado sobre una línea recta, o puede implicar algunos estiramientos o contracciones del material.
Reforzado recto
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Reforzado estirado
Reforzado contraído
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Características del conformado El doblez consiste en el doblado del borde de la plancha sobre sí misma, en más de un paso de doblado, con frecuencia para eliminar el borde de la pieza, incrementar la rigidez y/o mejorar su apariencia. El engrapado o engatillado es una operación relacionada en la que se ensamblan dos bordes de planchas.
Doblez
Engrapado
Rebordeado
En el rebordeado se doblan los bordes de la plancha en forma curva o de rizo. Tanto esta operación como el doblez se hacen con fines de seguridad, resistencia y estética. Bisagras, ollas, sartenes, etc. son algunos ejemplos de productos en los cuales se usa el rebordeado.
Operaciones mixtas de doblado
La plancha es conveniente que se mantenga plana contra la cara superior de la matriz mediante una placa pisón. Latas de bebidas, casquillos de municiones, lavabos, utensilios de cocina, piezas para carrocerías, etc. son piezas que se elaboran por embutido.
Mecánica del embutido El embutido de piezas en forma de recipiente es la operación básica del embutido. Con las dimensiones y parámetros que se muestran en la figura examinaremos los parámetros de la operación y la mecánica de la ejecución del embutido. F
En la figura mostramos algunas otras operaciones de doblado. La mayoría de estas operaciones se realizan en matrices simples y similares a los punzones en V.
Punzón FS
Dp
FS
Pisón o Sujetador
rp
rm
Matriz
Di Dp
Di Doblado en canal
Doblado escalonado
Doblado en U
Doblado corrugado
Doblado al aire
Conformado de un tubo
Bloque 7. Embutido Introducción El embutido de la plancha consiste en darle una forma ahuecada, vasos, cartuchos, u otras formas huecas más complejas; por tanto, la forma de una superficie cualquiera no desarrollable. Se realiza colocando una plancha sobre la cavidad de una matriz para ser empujada hacia su interior mediante un punzón.
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Se embute un disco de diámetro Di dentro de una matriz por medio de un punzón de diámetro Dp. El punzón y la matriz deben tener las esquinas redondeadas, determinadas por rp y rm. Si el punzón y la matriz tuvieran esquinas agudas (rp y rm = 0), estaríamos realizando una operación de perforado en lugar de una operación de embutido. Los lados del punzón y de la matriz tienen un juego c correspondiente al espesor de la chapa, pero para evitar roces innecesarios y agarrotamientos, debe quedar, además, una holgura. Esta holgura -que debe sumarse al espesor- debe ser entre el 10% y 20% del espesor de la chapa a embutir: c = t + (1,15 × t) El punzón aplica una fuerza hacia abajo F para realizar la deformación del material y la placa pisón aplica una fuerza de sujeción hacia abajo Fs. Conforme el punzón recorre su trayectoria hasta la posición final, la pieza experimenta una compleja serie de esfuerzos y deformaciones al ir tomando gradualmente la forma definida por el punzón y la cavidad de la matriz.
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Características del conformado rial de esta zona se estira hacia el centro, el perímetro exterior disminuye. Debido a que el volumen de material permanece constante, éste se comprime y, por tanto, crece al reducirse el perímetro. Esto, frecuentemente, ocasiona el arrugado de la zona restante, especialmente cuando la lámina es delgada o cuando la fuerza del sujetador es demasiado baja. Este problema no tiene solución una vez que ha sucedido. Doblado 1
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El movimiento progresivo del punzón ocasiona el continuo flujo de material. Además, suele darse cierto adelgazamiento de las paredes del cilindro. A la fuerza que aplica el punzón se opone la del material, en forma de deformación y fricción durante la operación. Así que, una parte de la deformación implica estiramiento y adelgazamiento del material al ser aprisionado sobre el borde de la abertura de la matriz. En una operación -llamémosle satisfactoria- de embutido puede darse hasta un 25% de adelgazamiento, la mayor parte cerca de la base.
Enderezado
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Compresión de la pestaña
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5
Cuando el punzón empieza a empujar la plancha, ésta simplemente se dobla sobre las esquinas del punzón y de la matriz. En esta primera etapa, el perímetro exterior del disco se mueve ligeramente hacia el centro. A medida que el punzón avanza, sobreviene una acción de enderezado del material que -previamente- fue doblado sobre el radio de la matriz. El material del fondo del recipiente, así como el que corresponde a la zona del radio del punzón, se ha movido hacia abajo junto con éste. Pero el que se había doblado sobre el radio de la matriz debe enderezarse para que pueda pasar por dentro del juego y formar la pared del cilindro. Este nuevo material viene de la periferia de la forma original. El material de la zona exterior de la chapa se direcciona hacia la apertura de la matriz para sustituir al metal previamente doblado y enderezado que ahora forma la pared del cilindro. De este tipo de flujo de material a través de un espacio restringido es de donde toma su nombre el proceso de embutido. Durante esta etapa del proceso, la fricción y la compresión son factores muy importantes. Para que el material de la periferia de la chapa se mueva hacia la abertura de la matriz, debe superar las fricciones con las superficies de la placa pisón y la matriz. Inicialmente se implica la fricción estática hasta que el material empieza a moverse; cuando empieza el flujo, la fricción dinámica gobierna el proceso. La magnitud de la fuerza de sujeción aplicada por la placa pisón, así como las condiciones de fricción de las dos interfases son factores que determinan el éxito de este aspecto de la operación de embutido. Generalmente se usan lubricantes o compuestos para reducir las fuerzas de fricción durante el embutido. Además de la fricción, también sobreviene la compresión en las pestañas exteriores de la chapa. A medida que el mate-
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La fuerza de sujeción aplicada sobre la chapa se contempla ahora como un factor crítico en el embutido profundo. Si ésta es muy pequeña, ocurrirá el arrugado, y si es muy grande, evitará que el material fluya adecuadamente hacia la cavidad de la matriz, ocasionando estiramiento y posibles desgarros de la chapa. La determinación de la adecuada fuerza de sujeción implica un delicado balance entre estos factores opuestos.
Otras operaciones de embutido El ejemplo que hemos utilizado produce una forma cilíndrica simple en un solo paso utilizando un sujetador (placa pisón) para facilitar el proceso. Veamos algunas variantes de esta operación básica.
Reembutido Si el cambio de forma que requiere el diseño de la pieza es demasiado severo, será necesario realizarlo en más de un paso. Al segundo paso y a cualquier otro posterior, si se necesita, se le llama reembutido.
Por tanto, cuando el diseño de la pieza a embutir requiere una gran relación de embutido, impidiendo elaborar la pieza en un solo paso, se puede ejecutar una reducción parcial en cada operación de embutido: z para el primer embutido, la reducción máxima de la forma inicial debe ser del 45 al 50%; z para el segundo embutido (primer reembutido), la reducción máxima debe ser del 25 al 30%;
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Características del conformado z para el tercer embutido (segundo reembutido), la reducción máxima deberá ser del 16 al 20%.
Podemos considerar condición adecuada para el embutido sin sujetador cuando Di - Dp < 5 t.
Una operación relacionada es el embutido inverso, en la que se coloca una pieza -previamente embutida- vuelta abajo en la matriz, de manera que una segunda operación de embutido produce una configuración como la de la figura.
La matriz de embutido debe tener forma de embudo o cono para permitir que el material a embutir se ajuste a su cavidad. La ventaja del embutido sin sujeción, cuando éste es posible, es un costo más bajo de las herramientas y el uso de una prensa más simple, evitando la necesidad de un control por separado de los movimientos del sujetador y del punzón.
Defectos en el embutido El embutido es más complejo que el corte o el doblado; por tanto, el abanico de posibles problemas y defectos es mayor. Pueden presentarse numerosos defectos en un producto embutido, anteriormente nos hemos referido a algunos de ellos.
Puede parecer que el embutido inverso produzca una deformación más severa que el reembutido, pero no es así, sino que en realidad es más fácil para el material. La razón es que en el embutido inverso, la chapa se dobla en la misma dirección tanto en las esquinas exteriores como en las interiores de la matriz, mientras que en el reembutido el doblado se produce en direcciones opuestas en las dos esquinas. Debido a esta diferencia, el metal experimenta menos endurecimiento por deformación en el embutido inverso y, por tanto, la fuerza necesaria es menor.
Embutido de formas no cilíndricas No todos los productos requieren el embutido de formas cilíndricas. La variedad de formas embutidas abarca formas cuadradas, cajas rectangulares (lavabos), conos, recipientes escalonados, combinaciones de bases esféricas con superficies planas y formas curvas no regulares (carrocerías de automóviles), etc. Cada una de estas formas representa un problema técnico único en embutido.
Embutido sin sujeción La principal función del sujetador consiste en prevenir y evitar el arrugado de la chapa mientras se embute la pieza. La tendencia al arrugado se reduce al aumentar la relación entre el espesor y el diámetro de la chapa inicial. Si la relación t / Di es lo suficientemente grande, se puede conseguir el embutido sin necesidad de sujetador.
a)
b)
c)
d)
e)
a) Arrugado en la pestaña. El arrugado en una parte embutida consiste en una serie de pliegues que se forman radialmente en zona no embutida de la pieza, debido al arrugado por compresión. b) Arrugado en la pared. Si la zona arrugada se embute en el cilindro, estos pliegues aparecen en la pared vertical del mismo. c) Desgarrado. Consiste en una grieta que se abre en la pared vertical, normalmente cerca de la base del recipiente embutido, debido a los esfuerzos de tensión que causaron adelgazamiento y rotura del material en esta zona. Este tipo de falla puede también ocurrir cuando el material se estira sobre una esquina afilada del punzón. d) Orejeado. Es la formación de irregularidades (llamadas orejas) en el borde superior de la pieza embutida, causada por anisotropía en la plancha. Si el material es perfectamente isotrópico, no se forman las orejas. e) Rayado superficial. Pueden producirse rayas en la superficie de la pieza embutida si el punzón y la matriz no están lisos o si la lubricación es insuficiente.
Bloque 8. Otras operaciones de conformado de láminas Introducción
Punzón
Matriz
En las prensas convencionales, además del doblado y del embutido se realizan otras operaciones de conformado. Podemos clasificarlas en dos bloques: z operaciones realizadas con herramientas metálicas, y z operaciones ejecutadas con herramientas flexibles.
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Características del conformado
Operaciones realizadas con herramientas metálicas Las operaciones realizadas con herramientas metálicas incluyen: 1) planchado, 2) acuñado y estampado, 3) despegado y 4) torcido.
Puede dar la sensación de ser similar al acuñado (grabado). Sin embargo, no es así, las matrices de estampado poseen contornos y cavidades que coinciden: el punzón los contornos positivos y la matriz los negativos, mientras que las matrices de acuñado pueden tener cavidades diferentes en las dos mitades de matriz, razón por la cual las deformaciones son más significativas que en el estampado.
Planchado
Despegado
En el embutido profundo, la pestaña es comprimida por una acción de compresión del perímetro de la chapa inicial, que busca una circunferencia menor conforme es embutida hacia la abertura de la matriz. Debido a esta compresión, la zona de la chapa situada cerca del borde exterior va aumentando de grosor conforme se mueve hacia dentro.
Es una combinación de corte y doblado, o corte y formado, en un solo paso, para separar parcialmente -que no desprender- una o varias zonas de la chapa. Corte y doblado
Si el espesor de este material es más grande que el juego entre el punzón y la matriz, será comprimido al tamaño del juego. A esto se le conoce como planchado.
Corte y formado
Puede formar parte de un proceso de embutido profundo, o como un paso independiente que sigue al embutido.
Matriz
Entre otras aplicaciones, el despegado se usa para hacer rejillas de ventilación para armarios con cuadros eléctricos en su interior, para calentadores a gas, conductos de climatización, etc.
Torcido El planchado proporciona uniformidad de espesor en las paredes de la parte cilíndrica. Por tanto, la parte planchada es más larga y el uso de material es más eficiente. Las latas para bebidas y artículos de gran producción incluyen el planchado en sus procesos para economizar en el uso de material.
En la operación de torcido, la chapa se somete a una carga de torsión más que a una carga de doblado, lo que produce una torcedura sobre la longitud. Este tipo de operación tiene aplicaciones limitadas: paletas para ventiladores, palas de elementos propulsores.
Acuñado y estampado
Para poder realizarlo en una prensa convencional con punzón y matriz, deben diseñarse adecuadamente para formar la pieza con la forma torcida requerida.
El acuñado se usa, generalmente, para producir marcas y secciones levantadas en la pieza. La incisión produce adelgazamiento de la chapa y las elevaciones de las secciones producen engrosamiento. El estampado se utiliza para crear incisiones en las chapas, como letras o costillas de refuerzo, comportando también algunos estiramientos y adelgazamientos del material.
Operaciones realizadas con herramientas flexibles Los dos sistemas que siguen, aunque se ejecutan en prensas convencionales, las herramientas son inusuales, puesto que utilizan un elemento flexible (goma, hule o material similar) para efectuar el conformado.
Cojín elástico El sistema de cojín elástico -también conocido como proceso Guerin- utiliza un cojín de material flexible (goma, hule grueso u otro material flexible) encajado en un recipiente de acero, para conformar la chapa sobre un bloque de forma positiva.
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Características del conformado do fuerza la plancha contra el punzón en todas sus dimensiones, aumentando la fricción y reduciendo los esfuerzos de la tensión que causan el desgarre en la base del recipiente. Válvula de entrada Cavidad
Camisa
Cojín elástico Diafragma
Horma
Fluido hidráulico
Pieza Punzón Guía-posicionador Posicionado previo
Al descender el punzón, el material flexible envuelve gradualmente la chapa, aplicando presión para deformarla y forzándola a adoptar la forma del bloque. Este proceso está limitado a formas poco profundas, puesto que las presiones desarrolladas por el material flexible (10 Mpa) no son suficientes para prevenir el arrugado en casos de más profundidad. La ventaja de este proceso es el bajo coste del herramental. El bloque u horma puede construirse en madera, plástico u otro material que sea fácil de mecanizar y el cojín flexible puede usarse con distintas formas de bloque. Estos factores hacen atractivo este proceso para producciones pequeñas, como las de la industria aeronáutica, donde se desarrolló el sistema.
Punzón elástico Este sistema normalmente se utiliza para terminar de dar la forma a un objeto ya embutido, especialmente cuando sus dimensiones interiores son mayores que las de la boca que, por tanto, impedirían la salida del punzón una vez embutida la pieza, si aquél fuera rígido. Parecido es el sistema de las matrices hidráulicas.
Llenado - Inicio
Ejecución
Bloque 9. Operaciones no realizadas en prensa Introducción Existen muchas operaciones de conformado de láminas que no se realizan en prensas de troquelado convencional. Algunas de ellas son: z z z z
reestirado, doblado y conformado con rodillos, repulsado, y conformado por alta velocidad de energía.
Reestirado El reestirado es un proceso en el cual la plancha se estira y dobla simultáneamente con el objetivo de lograr un cambio de forma. F
Mordazas
F
Matriz-punzón
Reestirado para un doblado gradual simple.
Hidroformado Similar al sistema de cojín elástico, con la diferencia que se sustituye el cojín por un diafragma que posteriormente se llena con un fluido hidráulico, lo que permite aumentar la presión -hasta cerca de 100 Mpa- para el conformado de la pieza, previniendo así el arrugado en las zonas profundas. De hecho, se pueden lograr embutidos más profundos con procesos de hidroformado que con el embutido profundo convencional, debido a que la presión uniforme del hidroforma-
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La pieza se sujeta por una o más mordazas en cada extremo y luego se estira y dobla sobre una matriz positiva con la forma deseada. El material se somete a un esfuerzo de tensión por encima de su punto de fluencia. Cuando cesa la tensión, el material ha sido deformado plásticamente. De la combinación de estirado y doblado resulta una recuperación elástica de la pieza relativamente pequeña. Mediante este sistema se pueden lograr contornos más complejos que el mostrado, pero existen limitaciones sobre la forma de las curvas que se pueden realizar en la lámina. Este método es ampliamente usado en la industria aeronáutica y aeroespacial para producir económicamente grandes piezas de lámina en bajas cantidades, característica de esas industrias.
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Características del conformado
Doblado y conformado con rodillos Las operaciones de doblado -o curvado- y conformado con rodillos, son las empleadas para conformar piezas, generalmente grandes, de plancha en secciones curvas por medio de rodillos.
de una operación de laminado (realmente las herramientas son similares -como concepto general-), la diferencia es que aquí interviene más el doblado que la compresión del material.
Repulsado También conocido como repujado, es un proceso por el que se da forma a una pieza de simetría axial sobre un mandril u horma con una herramienta redondeada o rodillo. Con el rodillo se aplica una presión muy localizada (casi que en un sólo punto de contacto) para deformar la chapa, mediante movimientos axiales o radiales sobre la superficie de la pieza. Conos, hemisferios o casquetes, tubos y cilindros son las formas geométricas típicas que se producen por repulsado. Se estipulan tres tipos de repulsado: convencional, cortante y repulsado de tubos.
Cuando la plancha pasa entre los rodillos, éstos se colocan uno junto al otro en una configuración que forma el radio de curvatura deseado. Por este método se fabrican componentes para grandes depósitos de almacenamiento y recipientes a presión, así como tubos con grandes espesores de pared. Mediante esta operación también se pueden doblar perfiles estructurales, vigas, raíles, llantones, etc. Una operación relacionada es el enderezado con rodillos, en la que se enderezan planchas no planas (u otros perfiles) pasándolas entre una serie de rodillos. Éstos someten a la pieza a una serie de aplanados de las irregularidades en direcciones opuestas, provocando el enderezamiento hacia la salida.
Repulsado convencional Es la forma básica de repulsado. Un disco de chapa se sostiene en el extremo de un mandril -con el que gira solidariamente- que tiene la forma interior deseada para la pieza, mientras la herramienta o rodillo deforma el material contra el mandril. Mandril Mordaza frontal
Conformado con rodillos También llamado conformado con rodillos de contorno, es un proceso continuo de doblado en el cual se usan rodillos enfrentados para producir secciones largas de perfil a partir de bobinas de plancha. Generalmente se requieren varios pares de rodillos para lograr progresivamente el doblado del material en la forma deseada, por ejemplo: una sección en forma de U como podemos ver en la figura.
Rodillo
En algunos casos la forma inicial de la chapa puede ser distinta a la de un disco plano. El rodillo está fijado en su anclaje, tipo torreta de torno, y el operario controla su posición y los desplazamientos, o en el caso de gran producción, el control y desplazamientos es mediante un sistema CNC. En el caso de estar automatizado, la capacidad de aplicar fuerzas mayores a la operación es superior al sistema manual, lo cual representa ciclos más rápidos, mayor capacidad en cuanto al tamaño de la pieza y un mejor control del proceso.
Rodillos rectos
Conformado parcial
Forma final
Canales y canaletas, secciones laterales de metal, tubos sin costura y varias secciones estructurales son productos elaborados por conformado con rodillos. Aunque tiene la apariencia
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El espesor del material permanece sin cambios (más o menos) respecto al espesor inicial, por lo que, para determinar el diámetro inicial del disco se contemplan volúmenes constantes, antes y después del repulsado. La aplicación del repulsado convencional está orientada a la producción de formas cónicas y curvas en pequeñas cantidades. Por este proceso se pueden elaborar piezas con grandes diámetros. La horma se puede construir de madera u otro material suave fácil de mecanizar, así que es una herramienta de coste bajo comparada con el punzón y matriz requeridos para el embutido profundo, que podría ser un proceso sustituto para algunas piezas.
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Características del conformado
Repulsado «cortante» En el repulsado cortante se da forma a la pieza sobre el mandril mediante un proceso de deformación «cortante», en el cual el diámetro exterior permanece constante y el espesor de la pared se reduce. er
e
También es posible generar perfiles en las paredes del cilindro, controlando el recorrido tangencial del rodillo a lo largo de la pared.
Conformado por alta velocidad energética Se han desarrollado varios procesos para el conformado de metales usando grandes cantidades de energía aplicada en tiempos muy cortos. Esta característica es la que les da nombre a una serie de procesos, tales como:
Mordaza frontal
Rodillo
z conformado por explosión, z conformado electro-hidráulico, y
Mandril
z conformado electromagnético.
Esta deformación cortante y el consiguiente adelgazamiento del material distinguen este proceso de la acción de doblado en el repulsado convencional. El proceso se ha aplicado en la industria aeroespacial en la elaboración de piezas grandes como los conos para la punta de los cohetes. Existen límites a la cantidad de adelgazamiento que puede soportar el material en una operación de repulsado con esfuerzo cortante antes de que ocurra la fractura.
Conformado por explosión También conocido como conformado con explosivos, implica el uso de una carga explosiva para conformar una lámina dentro de la cavidad de una matriz. Formación de la burbuja de gas Onda de choque
Carga explosiva
Repulsado de tubos Se utiliza para reducir el espesor de las paredes y aumentar la longitud de un tubo, mediante la aplicación de un rodillo contra la pieza montada sobre un mandril cilíndrico. Camisa
Mandril
Avance
Avance
Mordazas Matriz
Vacío
Preparación
Línea de vacío
Detonación
Salida de la burbuja de gas
Rodillo
Exterior
Interior
Conformado
Perfilado
Es similar al repulsado con deformación cortante salvo que la pieza inicial es un tubo, en lugar de una forma plana (disco). La operación se puede realizar aplicando el rodillo externamente contra la pieza montada sobre un mandril cilíndrico (en el interior del tubo) o internamente, sujetando la pieza mediante una camisa alrededor.
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La pieza a conformar se fija y sella sobre la superficie de la matriz, practicando el vacío en la cavidad. Seguidamente, el conjunto es colocado en una gran fosa (bañera) llena de agua. A continuación, se coloca la carga explosiva dentro del agua, a una distancia calculada (arte y experiencia) sobre la pieza. La detonación de la carga produce una onda de choque, cuya energía transmitida a través del líquido produce la rápida deformación de la pieza dentro de la cavidad. Este tipo de conformado se reserva para piezas de grandes dimensiones.
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Características del conformado
Conformado electro-hidráulico El conformado electro-hidráulico o conformado por descarga eléctrica, está basado en los mismos principios que el conformado por explosión, con la diferencia de que el generador de la energía necesaria para la deformación son dos electrodos sumergidos en un fluido de transmisión (agua) -que utilizan la energía eléctrica acumulada en dos grandes condensadores- en lugar de la carga explosiva. Al ser menor la cantidad de energía que se maneja, las piezas que se conforman por este método son de menor tamaño en relación con las conformadas por explosión. Interruptor
Fluido transmisor (H2O)
Condensadores
Electrodo
Matriz
Fuente de energía
Se usan mandriles flexibles especiales que se insertan en el tubo antes de doblarlo para que soporten las paredes durante la operación, aunque también se usa un sistema más rudimentario y muy efectivo, que consiste en llenar el tramo de tubo con arena muy fina y seca. Una vez taponada una boca, se procede al llenado, que de vez en cuando, conviene dar unos golpes en la parte exterior del tubo con el mango del martillo, con el fin de que la arena ya depositada asiente y compacte, repitiendo la operación hasta el total llenado del tramo -y algo más- que queremos doblar. Taponamos la otra boca y procedemos al doblado. Cierto es que este procedimiento no es aplicable a grandes producciones, sino más bien artesanal, por lo que sólo se utiliza para casos unitarios o de muy poca cantidad de piezas, ya que el tiempo que se necesita para el llenado y posterior vaciado, por rápido que sea, es demasiado. Cuando el tubo se dobla, la pared interior se comprime y la exterior se tensa. Esta situación de esfuerzos causa adelgazamiento y alargamiento de la pared externa, y engrosado y acortado de la interna. Como consecuencia, hay una tendencia en las paredes interna y externa a forzar hacia el lado opuesto causando el aplanado de la sección transversal del tubo.
Línea de vacío
Conformado electromagnético También llamado conformado de pulso magnético, es un proceso en el cual la chapa se deforma por la fuerza mecánica de un campo electromagnético inducido en la pieza por una bobina. La bobina, alimentada por un condensador, genera un campo magnético que origina corrientes de Eddy en la pieza con su propio campo magnético. El campo inducido se opone al campo primario, produciendo una fuerza mecánica que deforma la pieza hacia la cavidad que la rodea. Desarrollado en 1960, el conformado (deformado) electromagnético es el proceso de alta velocidad energética más usado en la actualidad, habitualmente para conformar piezas tubulares. Matriz
Bobina
Debido a esta tendencia, el radio mínimo aconsejable al que se puede doblar el tubo es alrededor de 1,5 veces el diámetro exterior del tubo cuando se usa un sistema de refuerzo interno, ya sea mandril o arena, y de 3 veces cuando no se usa ningún sistema de refuerzo. El valor exacto depende del factor de pared, que corresponde al diámetro exterior del tubo dividido por el espesor de la misma. Cuanto más alto sea este factor, más aumenta el radio mínimo, lo que se traduce en que el doblado de tubos de paredes delgadas es más difícil. La ductilidad del material también es un factor importante en el proceso. Se emplean varios métodos para doblar tubos y secciones similares. Agarradera Tubo
Bloque 10. Doblado de tubos El doblado de material tubular es más difícil que el de lámina, porque un tubo tiende a romperse o deformarse cuando se intenta doblarlo.
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a)
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Características del conformado a) Doblado por extensión: se realiza extendiendo y doblando el tubo alrededor de una matriz estática.
Barra de presión Mordaza
Tubo
b) Doblado por arrastre: se realiza fijando el tubo contra una matriz y arrastrando el tubo a través del curvado por rotación de la matriz. Se usa una barra de presión para soportar el tubo al ser doblado.
Matriz giratoria
b)
c) Doblado por compresión: se usa una zapata deslizante para envolver el tubo alrededor del contorno de una matriz estática.
Mordaza Zapata deslizante Tubo
Zapata deslizante F
Matriz
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El doblado con rodillos, asociado generalmente con el conformado de planchas, también se usa para doblar tubos y otras secciones.
c)
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Herramientas para el conformado Contenido BLOQUE 1. Herramental para el conformado de deformación volumétrica z Introducción. z Laminado. z Forjado. z Extrusión. z Estirado. BLOQUE 2. Herramental para el conformado mecánico de láminas z z z z z z
Introducción. Matrices y Prensas. Tipos de troquel. Componentes de un troquel. Doblado y curvado. Prensas.
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Herramientas para el conformado
Bloque 1. Herramental para el conformado de deformación volumétrica
Los rodillos laminadores se fabrican de fundición ordinaria de 240 HB, fundición semidura de 350 HB, fundición dura de 420 HB, de acero forjado y de acero aleado, y, según el perfil de la pieza a obtener, pueden ser lisos, escalonados, con surco o especiales.
Introducción En este bloque nos referiremos al herramental utilizado para la ejecución de los procesos más importantes presentados en el capítulo anterior. Usamos el término herramental en una de sus acepciones: conjunto de herramientas de un oficio. En los procesos que nos ocupan, a diferencia de las herramientas para el mecanizado, que pueden actuar en más de un tipo de máquina, como: las brocas; en los procesos de conformado -habitualmente- se entiende como herramienta al conjunto máquina-dispositivos necesarios para su desarrollo. El caso de los trabajos de conformado mecánico, se acerca más -con excepciones- a la separación máquina y útiles: prensa y troquel (herramienta, en algunos muy compleja, por cierto). Así pues, apuntaremos el herramental más significativo para el conjunto de operaciones de los procesos, puesto que en la industria hay tal cantidad y variedad de laminadores, máquinas de estirar, plegadoras, matrices, martinetes, prensas, adaptaciones especiales, y un largo etcétera -prácticamente imposible de enumerar- así como su equivalente en herramientas y/o utillajes: infinitas formas de rodillos de laminado, en función del perfil, del tren de laminado, del material, etc.
Laminado Para la ejecución de los procesos de laminado es necesario disponer de un laminador dúo, trío o multilaminador.
Los rodillos lisos se aplican para laminar chapas, llantas, palastros, etc., en los rodillos escalonados se obtienen bandas de acero, los rodillos con surcos sirven para obtener perfiles, y con rodillos de forma especial se laminan tubos, discos, etc. Los rodillos del laminador constan de la parte de trabajo denominada cuerpo o tabla del rodillo, al que se unen por ambos extremos los cuellos que sirven para apoyar el rodillo en los cojinetes del puente. Los cuellos tienen unos salientes especiales que se denominan muñones o trefles. Por medio de acoplamientos y husillos, a través de los muñones, se realiza la unión de los rodillos con la caja de engranajes. Los rodillos perfilados se diferencian de los lisos porque en su tabla llevan unas ranuras especiales, denominadas surcos. El espacio entre los surcos contiguos de dos rodillos se denomina calibre. Cada par de rodillos con surcos posee varios calibres que, según su función, se dividen en recalcadores preliminares, de desbaste y de acabado.
El laminador básico consiste en dos rodillos opuestos y suele denominarse dúo.
Laminadores Calibre
La configuración elemental de un laminador consiste en: z un motor, z un reductor con caja de engranajes adicional, y z una o varias cajas de trabajo (también conocidas como cajas de rodillos, estaciones).
En relación con la cantidad de rodillos los laminadores se dividen en: de dos (laminador dúo), de tres (laminador trío) o de varios (multilaminador).
La parte fundamental del laminador es la caja de trabajo que representa un juego de rodillos montados en un puente. v0 v0
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v1 v1 v2 Dúo Trío
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Herramientas para el conformado
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Racimo o Sendzimir
Cuatro rodillos o Cuarto v0
Los laminadores con ubicación lineal tienen el inconveniente de que todas las cajas funcionan con la misma velocidad. Este inconveniente no existe en los laminadores escalonados, ya que las cajas forman varias líneas, que funcionan con velocidades diferentes, permitiendo aumentar la velocidad de la caja acabadora y, por tanto, elevar el rendimiento del laminador.
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En los laminadores continuos (tándem), el metal que se está laminando pasa sucesivamente a través de todas las cajas, ubicadas una tras otra. La velocidad de laminado en cada caja siguiente es mayor que en la anterior. El funcionamiento del laminador continuo requiere -como ya hemos comentado antes- una relación determinada de velocidades para evitar que se formen nudos o se tense el material entre las cajas. En los laminadores semi-continuos, las cajas recalcadoras y una parte de las cajas desbastadoras forman un grupo continuo, y el resto de cajas se ordenan en línea o escalonadamente.
Tándem
En la figura se muestran esquemas de acción de los laminadores. La caja de trabajo del laminador dúo lleva dos rodillos. Según el sentido de rotación de los rodillos, estos laminadores pueden ser de recorrido directo de la pieza o reversibles. En el primer caso, el sentido de rotación de los rodillos es constante, y en el segundo, la rotación es en ambos sentidos. Los laminadores trío llevan en la caja de trabajo tres rodillos, en estas máquinas el laminado se realiza en direcciones opuestas siendo constante el sentido de rotación de los rodillos. El de tres rodillos, a veces, tiene complicaciones debido al mecanismo (elevador) que se necesita para subir o bajar el material.
Según el tipo de piezas a producir, los laminadores se dividen en desbastadores, de perfiles, de chapa, de tubos, para fermachine, especiales, etc.
Laminadores de desbaste Los laminadores de desbaste comprenden los blooming (tochos) y laminadores de palastro (slabbing) utilizándose para reducir los lingotes de acero.
En los laminadores de cuatro rodillos o cuarto, los dos rodillos centrales son de trabajo, y los dos de los extremos son de apoyo (de fricción) debido a las altas fuerzas de laminado, los rodillos menores podrían desviarse elásticamente con el paso de la laminación, si no fuera por los rodillos más grandes de apoyo que los soportan. Estos laminadores pueden ser reversibles o irreversibles. Otra configuración que permite el uso de rodillos menores contra el material es el de racimo o Sendzimir. Para lograr altas velocidades de rendimiento en los productos estándar suele emplearse la configuración tándem. Aunque en la figura sólo se aprecian tres estaciones, un laminador en tándem puede tener ocho o diez pares de rodillos, realizando cada uno una reducción en el espesor o un reajuste en la geometría del material que pasa entre ellos. A cada paso incrementa la velocidad, poniendo de manifiesto la necesidad de sincronismo de las velocidades de los rodillos en cada estación. Según el orden de ubicación de las cajas, los laminadores se dividen en: lineales, escalonados, continuos, semi-continuos, sucesivos, etc.
Lineal
Semicontinuo
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Escalonado
Continuo
Los blooming son laminadores muy potentes, de una y/o dos cajas (doble) y de acción reversible, con diámetro de los rodillos de 800 a 1.400 mm y longitud de tabla hasta 3.000 mm. El peso medio de los lingotes laminados varía de 2 a 10 toneladas, y en algunos casos alcanza las 20 toneladas. Están totalmente automatizados, pudiendo subir y bajar, -mediante husillos de prensa- el rodillo superior a través de motores eléctricos, así como el control permanente de la situación de éste.
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Herramientas para el conformado Para hacer pasar el lingote a los rodillos, están provistos, en las partes delantera y trasera, de mesas de rodillos, formadas por varios rodillos locos. Con ayuda de la mesa de rodillos delantera el lingote calentado se dirige a los rodillos del tren en los que se somete a la primera reducción.
z de grandes perfiles comerciales con rodillos de 500 a 750 mm de diámetro, z de perfiles medios comerciales con rodillos de 350 a 500 mm de diámetro, y z de pequeños perfiles comerciales con rodillos de 250 a 350 mm de diámetro. Según sea el número de rodillos, pueden ser de dos (reversibles e irreversibles) y también de tres. La ubicación de las cajas es muy variada, pero en los trenes de pequeños perfiles comerciales -habitualmente- son de tipo semicontinuo y continuo.
Tren de desbaste dúo, reversible de 750 mm. Cortesía de Sidenor-Reinosa.
Seguidamente, los mecanismos de mando de los rodillos y de la mesa cambian el sentido de su rotación, y el husillo de presión baja el rodillo superior. El lingote un poco reducido se envía al mismo calibre por la mesa de rodillos trasera y es recibido por la delantera. Cuando el lingote ha pasado entre los rodillos dos veces, éste se hace girar (se vuelca) 90° mediante un volcador automático. A continuación, el lingote llega al calibre vecino y se hace pasar a través del mismo varias veces volcándose periódicamente. Habitualmente, el número de pasadas en un blooming varía de 13 a 19. La barra laminada que sale del último calibre se envía por la mesa de rodillos al sistema de corte de los extremos (guillotina, tronzadora, etc.) donde se efectúa el corte de los mismos, y, si se requiere, la barra se corta en trozos denominados tochos. Los tochos obtenidos son de sección cuadrada, comprendida entre 125 x 125 y 450 x 450 mm. Los tochos se envían a un laminado posterior, o al taller de forja para obtener piezas grandes forjadas. El rendimiento de estos laminadores es muy alto.
Laminador de palastro (slabbing) Se emplea para obtener palastros planos, en forma de planchas de 75 a 300 mm de espesor y de 400 a 1.600 mm de ancho, destinados a la posterior elaboración de planchas. Al igual que el blooming, el laminador de palastro es un potente laminador dúo reversible de dos cajas. Los rodillos de la primera caja son de hasta 1.100 mm de diámetro y están situados horizontalmente, lo mismo que en los trenes de laminación corrientes; los de la segunda caja de hasta 700 mm de diámetro se hallan en la posición vertical, para posibilitar el laminado de palastros con caras laterales iguales, sin ponerlos de canto. Los trenes laminadores con esta disposición de rodillos se denominan trenes universales.
Trenes de laminado de perfiles Destinados a laminar perfiles regulares, de construcción y de formas complicadas (vigas, raíles, etc.) se dividen en:
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Algunas de las formas obtenidas en el laminador de perfiles.
Trenes de laminado de planchas Se utilizan para laminar planchas o chapas en caliente y en frío, sean gruesas, medias o finas. En el bloque 2 del capítulo 1, aparece la descripción de cada uno de los perfiles, así como su clasificación. Las chapas gruesas -que utilizan los palastros como material de partida- se laminan en laminadores trío, dúo reversibles y cuarto, provistos -estos últimos, además de los dos rodillos de trabajo, de dos rodillos de apoyo-. El diámetro de los rodillos de trabajo suele ser de 1.000 mm, y la longitud de la tabla dependiendo del ancho requerido de la chapa, puede alcanzar hasta 5.500 mm. Las ubicaciones más utilizadas son la continua y semicontinua con alto rendimiento. Seguidamente, en las enderezadoras, las chapas laminadas son enderezadas pasando -a continuación- a la fase de corte de la periferia en guillotinas u otros sistemas. Las chapas delgadas se laminan en caliente usando también palastros de pequeño espesor. Para el laminado se usa una combinación de cajas, en la que las dos primeras son de dos rodillos y la última, de tres rodillos. Una vez obtenida la chapa de -aproximadamente- 2 mm de espesor, el laminado se realiza de modo «estratiforme», o sea, simultáneamente se introducen en el tren varias chapas sobrepuestas. Seguidamente se enderezan y se hace el corte de la periferia, al igual que las chapas gruesas. El laminado en frío de las chapas se realiza con -básicamente- dos objetivos: elevar la dureza a costa del endurecimiento superficial por deformación y, obtener una superficie limpia y precisa. En este caso, el laminado se efectúa en laminadores cuarto reversibles, de una o varias cajas. Las chapas obtenidas pasan por un proceso de doble corte: de los bordes longitudinales y después se cortan en trozos de chapa de largo normalizado.
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Herramientas para el conformado
Laminadores oblicuos Se dedican a la fabricación de los tubos soldados y sin costura. Los tubos soldados se obtienen empleando diversos procedimientos: por medio de soldadura por solapado, soldadura a tope, soldadura eléctrica, etc. Como material de partida se utiliza chapa en bruto de diversas dimensiones cortada en bandas o enrollada. Al soldar por solapado se procede conforme a las seis operaciones siguientes: 1) ejecución del chaflán en ambos lados a lo largo de la pieza en bruto, 2) calentado de la pieza en bruto hasta 900-1.000 ºC y enrollado de la banda en forma de tubo mediante estirado, a través de un embudo especial con un tapón colocado en él, 3) calentado de las piezas en forma de tubo hasta la temperatura de soldadura (1.300-1.350 °C), 4) laminación en un laminador dúo con calibre y mandril redondos, sujeto el último en una varilla larga fijada en un soporte especial por detrás de la máquina. Es obligatorio laminar la pieza con la costura por arriba,
Laminadores especiales Se ocupan del laminado de anillos, discos, perfiles especiales, etc., como: laminado de un disco, como se muestra en el esquema. Como material en bruto se emplea un lingote multilateral cortado a trozos. Después de comprimir la pieza -en calienteen una prensa o martinete, y practicar en el centro un agujero, ésta llega a un tren de laminado, en el que con ayuda de los rodillos especiales (de forma) la pieza adquiere el perfil necesario. Una vez laminado el disco, con el fin de obtener las dimensiones requeridas es sometido a un proceso de calibrado en una prensa especial.
Pieza
5) enderezado del tubo obtenido, 6) acabado del tubo y corte de los extremos. Mediante este procedimiento, suelen elaborarse tubos de 55 a 325 mm de diámetro. Los tubos sin costura se laminan en trenes de laminado especiales. Primero, se convierte la pieza en bruto laminada -normalmente es un cilindro laminado previamente- en un bloque hueco, para luego, mediante alargamiento y adelgazado elaborar el tubo final. La primera operación se realiza en laminadores de rodillos oblicuos (procedimiento Mannesmann) que forman entre sí un ángulo entre 3° y 10°. Los rodillos, con diámetros de hasta 700 mm giran en un mismo sentido, comunicando a la pieza un movimiento en espiral que, a un gran número de revoluciones y con alta temperatura del metal, hace que se forme un hueco a lo largo del eje de la pieza. A fin de obtener un contorno adecuado dentro del hueco, se utiliza un mandril. Rodillo Cilindro inicial
Rodillo guía
Forjado El equipo que se usa en el forjado -a máquina- consiste en máquinas clasificadas en: martinetes, prensas, matrices de forjado y herramientas especiales que se usan en estas máquinas, equipos auxiliares como hornos para calentar el material, dispositivos mecánicos para cargar y descargar el material y estaciones de recorte para la eliminación de las rebabas del forjado con matriz cerrada.
Mandril
Bloque hueco
La segunda operación se realiza en el laminador Pilgerschritt provisto de rodillos con surcos excéntricos, los cuales estiran la pieza situada sobre el mandril, produciendo un tubo de paredes delgadas. Los tubos sin costura poseen mayor resistencia a la presión interna que los tubos soldados.
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Rodillos especiales
Cigüeñal forjado en matriz cerrada.
Martinete de forja Los martinetes -martillos pilones- aplican una descarga por impacto contra el material, usándose frecuentemente para forjados con matriz cerrada. También se usa el término martinete de caída libre para designar estas máquinas, por la forma de liberar la energía de impacto.
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Herramientas para el conformado La estampa superior se fija al pisón y la parte inferior se fija al yunque. En la operación, el material se coloca en la estampa inferior, el pisón se eleva y luego se deja caer sobre la pieza de trabajo. Cuando la estampa superior golpea el material, la energía del impacto ocasiona que la pieza adopte la forma de la cavidad de las estampas, siendo necesarios varios golpes para lograr la forma deseada. Los martinetes se pueden clasificar en: martinetes de caída libre y martinetes de potencia. Los martinetes de caída libre generan su energía por el peso de un pisón que cae libremente. La fuerza del golpe se determina por la altura de la caída y el peso del pisón. Los martinetes de potencia aceleran el pisón mediante aire a presión (antiguamente vapor). Una desventaja del martinete de caída libre es que una gran parte de la energía del impacto se transmite a través del yunque al piso de la instalación.
Cilindro mayor Émbolo Cabezal Vástago del cilindro Pisón o traviesa Estampa superior Columna Estampa inferior Mesa o bancada
Émbolo
Cilindro principal
Sección de una prensa de forja.
Cilindro compresor Biela Manivela Caja de engranajes
Vástago Estampas Yunque o chabota
Bancada
Martinete de potencia de aire comprimido.
Prensas de forjado A diferencia de los martinetes, las prensas aplican una presión gradual en lugar de impactos repentinos para realizar las operaciones de forja. Las prensas de forjado engloban: prensas mecánicas, prensas hidráulicas y prensas de tornillo. Las prensas mecánicas funcionan por medio de excéntricas, mecanismos biela-manivela y otros, que convierten el movimiento giratorio de un motor en movimientos de traslación del pisón, de forma similar a las prensas de estampado. Las prensas mecánicas típicas alcanzan fuerzas muy altas en el fondo del recorrido de forjado. Las prensas hidráulicas usan un cilindro hidráulico para accionar el pisón. Las prensas de tornillo aplican la fuerza por medio de un tornillo que mueve el pisón en su trayectoria vertical. Tanto las prensas de tornillo como las hidráulicas operan a velocidades bajas del pisón o ariete y pueden suministrar una fuerza a través de la carrera. Por tanto, estas máquinas son apropiadas para las operaciones de forjado y otras de conformado que requieran carreras grandes.
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Prensa de forja de 3.000 Tm. Cortesía de Sidenor-Reinosa.
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Herramientas para el conformado
Estampa sobre bloque cilíndrico.
El diseño de las estampas para procesos de matriz abierta es bastante sencillo, puesto que su forma es relativamente simple.
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Ángulo de salida a mp
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Línea de separación Radio de la esquina Membrana
Prensa de gran forja de 7.500 Tm. Cortesía de Sidenor-Reinosa.
Matrices de forjado El adecuado diseño de la matriz (ambas estampas) es primordial para obtener buenos resultados de las operaciones de forjado. Las piezas que se forjan deben diseñarse sobre la base de los principios y limitaciones de este proceso.
Canal
La terminología que sigue -que se puede observar gráficamente en la imagen anterior-, así como los comentarios que la acompañan, son aplicables a las matrices cerradas de forjado. También se indican algunos de los principios y limitaciones en su diseño, que deben considerarse para el diseño de las piezas o para la selección de los procesos de manufactura. z Línea de separación. La línea de separación o partición es el plano que divide la estampa superior de la inferior. La llamada línea de rebaba en el forjado con matriz cerrada es el plano donde se encuentran las dos mitades de la matriz. Una selección incorrecta afecta el flujo de la fibra en la pieza, la carga requerida y la formación de rebaba. z Ángulo de salida (desahogo, aguzamiento). Es la inclinación que se requiere en los lados de la pieza para poder retirarla de las estampas. El término también se aplica a la inclinación de los lados de la cavidad de las estampas. Los ángulos de salida más usuales son de 3º para las aleaciones de aluminio y las de magnesio, y de 5º y 7º para las piezas de acero. Los ángulos de tiro para forjados de precisión se aproximan a cero. z Membranas y costillas. Una membrana es una parte delgada del forjado, paralela a la línea de separación, mientras que una costilla es una parte de características parecidas perpendicular a la línea de separación. Estas particularidades de la pieza producen dificultades al flujo de metal motivadas por el adelgazamiento.
Estampa sobre bloque rectangular.
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z Filetes y radios de las esquinas. Los radios pequeños tienden a limitar el flujo del metal e incrementar la resistencia en las superficies de la estampa durante el forjado.
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Herramientas para el conformado z Rebaba. La formación de la rebaba es un factor crítico en el forjado con matriz cerrada, puesto que causa acumulación de presión dentro de la estampa que dificulta el llenado de la cavidad. Esta acumulación de presión se controla diseñando un campo para la rebaba y un canal dentro de la matriz.
Extrusión Son factores importantes en una matriz de extrusión el ángulo de la matriz y la forma del orificio. El ángulo de la matriz, más concretamente, la mitad del ángulo, es el ángulo α. Contenedor
Salidas para las rebabas Ángulo de la matriz
α Matriz
Agujero de la matriz
El campo determina el área superficial por la que transcurre el flujo lateral de metal, controlando así el incremento de la presión dentro de la matriz. El canal permite que escape el exceso de material evitando que la carga del forjado aumente a valores extremos. Cola de milano (elemento de fijación)
Al disminuir el ángulo, el área de contacto con la matriz aumenta, lo que también supone el aumento de la fricción entre la matriz y el tocho. Mayor fricción significa mayor fuerza en el pisón. Por otra parte, un ángulo mayor en la matriz ocasiona mayor turbulencia del flujo del material durante la reducción, y también un incremento en la fuerza requerida del pisón. Existe un ángulo óptimo de la matriz que depende de varios factores: material, temperatura del tocho y lubricación; en consecuencia, es difícil determinarlo para un trabajo de extrusión. Los diseñadores de matrices recurren a sistemas empíricos para decidir el ángulo apropiado. La forma del agujero de la matriz afecta la presión requerida del pisón en una operación de extrusión. Una sección transversal compleja, requiere más presión y fuerza que una sección circular. El efecto de la forma del orificio de la matriz puede valorarse por el factor de forma, definido como la relación entre la presión requerida para extruir una sección transversal de la forma dada y la presión de extrusión para una sección redonda de la misma área.
Pitones (elemento de centraje)
Elementos de fijación.
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Herramientas para el conformado Los materiales para las matrices de extrusión en caliente comprenden aceros para herramientas y aceros aleados. Las propiedades más importantes de estos materiales son alta resistencia al desgaste, alta dureza en caliente y alta conductividad térmica para eliminar el calor del proceso. Los materiales para las matrices de extrusión en frío incluyen aceros para herramientas y metal duro (carburos cementados). Sus propiedades son resistencia al desgaste y buena disposición para retener su forma en situaciones de esfuerzos considerables. El metal duro se utiliza cuando se requieren altas velocidades de producción, gran duración de la matriz y buen control dimensional.
Matrices de estirado Las cuatro zonas características de la matriz que se pueden distinguir son las siguientes: 1) 2) 3) 4)
entrada, aproximación, superficie del campo, salida.
Las prensas de extrusión pueden ser horizontales o verticales, dependiendo de la orientación de los ejes. Los tipos horizontales son los más comunes. Normalmente desarrollan su cometido mediante sistemas hidráulicos, especialmente apropiados para tipos de producción semicontinua de secciones largas, como en la extrusión directa. La impulsión mecánica -por impacto- habitualmente se emplea para la extrusión en frío de piezas unitarias.
Estirado El estirado de barras se realiza en un banco de estirado que consiste en una mesa de entrada, un bastidor de matrices (que contiene la/s matrices de estirado), la corredera y el armazón de salida, tal como se pudo observar en el bloque 4 del capítulo anterior. La corredera se usa para estirar el material a través de la matriz. Está accionado por cilindros hidráulicos o cadenas movidas por reductores que reciben el movimiento de un motor. El bastidor de la matriz se diseña -frecuentementepara contener más de una matriz, de manera que se puedan estirar simultáneamente varias barras a través de las respectivas matrices. El estirado del alambre se hace con estiradoras continuas, que contienen múltiples matrices separadas por tambores de acumulación entre ellas. Alambre de rollo va
a
vc
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Ángulo de aproximación
La zona de entrada generalmente es una abertura en forma de campana que no entra en contacto con el material. Su misión consiste en ser un embudo lubricante en la matriz y prevenir el rayado en la superficie del material. La aproximación es donde se inicia el proceso de estirado. Tiene forma de cono con un ángulo (medio ángulo) que fluctúa normalmente de 6 a 20º. El ángulo correcto varía según el material. La superficie del campo o del cojinete determina el tamaño final del material estirado. Finalmente, la salida tiene forma cónica, con un ángulo aproximado de 30º. Las matrices de estirado se construyen en acero para herramientas o metal duro (carburos cementados). Las matrices para gran velocidad, en el estirado de alambre, frecuentemente utilizan postizos de diamante (sintético o natural) para las superficies de mayor desgaste.
b
Previamente al estirado, el material de partida debe prepararse adecuadamente. Esto significa tres pasos: c
Tambor con varias vueltas de alambre
Cada tambor, conocido como cabestrante o molinete, es movido por un motor que proporciona la fuerza apropiada para estirar el alambre a través de la matriz correspondiente. A su vez, también mantiene una tensión regular en el alambre que pasa a la siguiente matriz en la serie. Cada matriz realiza una cierta reducción en el alambre, y así se alcanza la reducción total deseada en la serie. Algunas veces se requiere de un recocido del alambre entre los grupos de matrices de la serie, dependiendo del metal que se procesa y de la reducción total que se realiza.
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Preparación del material
Caja de lubricación Matriz vb
1
1) recocido, 2) limpieza, y 3) afilado. El objetivo del recocido es aumentar la ductilidad del material para aceptar correctamente la deformación durante el estirado. Algunas veces se necesitan pasos de recocido en el estirado continuo. La limpieza del material se requiere para prevenir daños en la superficie y en la matriz, lo que implica la eliminación de contaminantes de la superficie (capas de óxido y corrosión) mediante baños químicos o limpieza con chorro de perdigones. En algunos casos se engrasa la superficie del material después de la limpieza. El afilado conlleva la reducción del diámetro del extremo inicial del material de manera que pueda insertarse a través de
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Herramientas para el conformado la matriz para iniciar el proceso. Normalmente se elabora mediante estampado, laminado o torneado. El extremo afilado del material se sujeta a las mordazas de la corredera o a otros dispositivos para iniciar el proceso de estirado.
Bloque 2. Herramental para el conformado mecánico de láminas
piezas a cortar o embutir. Las piezas que se elaboran en los troqueles pueden ser, según su forma:
Pieza plana proveniente de banda
Pieza plana previamente cortada
Pieza curvada previamente
Según el tipo de cortes necesarios:
Introducción En este bloque examinamos el punzón y la matriz, así como el equipo de producción que se usa como herramienta en las operaciones convencionales de conformado mecánico de láminas metálicas, exceptuando los destinados al embutido, puesto que la complejidad que conllevan requiere de mucha extensión para poder presentar el tema en condiciones.
Pieza sin orificios interiores
Pieza con orificios interiores
Según el aprovechamiento del material:
Piezas con retal continuo
Piezas sin retal
Piezas unitarias
Por tanto, la estructura del troquel debe ajustarse a la estructura de la pieza, contemplando además, el número de piezas a fabricar, el material, etc. Aunque hemos dicho que son innumerables los tipos de troqueles, podemos establecer una clasificación básica, puesto que muchos son variantes de éstos, por lo que consideramos fundamentales -según su estructura-:
Línea de fabricación de bañeras – Embutido profundo. Cortesía de MHG.
z z z z z z
simples de corte, con guía de punzones fija a la matriz, de corte coaxial, simultáneos al aire, para cortes horizontales o inclinados, con punzones flexibles.
Matrices y prensas
Troqueles simples de corte
Prácticamente todas las operaciones de conformado mecánico de láminas ejecutadas en prensas, lo hacen mediante punzones y matrices. Esto es, una herramienta diseñada a la medida de la pieza que se va a producir, adoptando la estructura necesaria según la forma de la pieza, los tipos de corte necesarios, el aprovechamiento del material, etc. Normalmente el término troquel es el empleado para referirse a esta herramienta, englobando la totalidad de sus partes: placa base, placa matriz, punzón, mango, etc.
Estos troqueles, conocidos también como troqueles o estampas al aire, son los más sencillos. Constan esencialmente del punzón y la matriz.
Punzón Pieza a cortar
Las prensas se agrupan según: su tipo de movimiento, su sistema de accionamiento, su velocidad de respuesta, etc. Matriz
Tipos de troquel Los tipos de troqueles de corte, así como los de embutición, son innumerables, respondiendo a los diversos tipos de
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Troquel simple sin guía de chapa.
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Herramientas para el conformado Cabe observar: Punzón Pieza a cortar Guía de la chapa Matriz
Troquel simple con guía de chapa por pestaña.
El punzón va sujeto directamente al carro de la prensa y la matriz a la mesa. Pueden llevar una guía para la chapa con una pestaña que hace de expulsor, para sacar el retal del punzón, y en ocasiones, otros elementos pero ningún dispositivo para guiar los punzones en su carrera. Muy sencillos, fáciles de construir y baratos, aunque de escaso rendimiento y además, suelen ser peligrosos. Se utilizan muy poco, casi exclusivamente para piezas muy simples en series muy pequeñas.
Troqueles con guía de punzones fija a la matriz
z Cuando se trata de un punzón único, éste puede ser de una sola pieza con el mango portapunzones y no existen ni la placa de freno ni la placa portapunzones. z Las guías laterales forman, a menudo, una misma pieza con la placa expulsora. z En la imagen aparece el sistema más elemental de retención -un simple tope- pero existen otros y variados sistemas. z De cada uno de los elementos indicados existen diversas variantes, que se irán mostrando en adelante.
Variantes Este tipo de troquel admite variaciones según la pieza a cortar: a) Si la pieza a cortar es una pieza de perfil sencillo y sin cortes interiores, bastará una matriz simple, con un solo punzón. Pieza cortada
Punzón Expulsor
La guía de los punzones fijada en la matriz es el elemento característico de este tipo de troqueles, que, a su vez, actúa como expulsor. En el caso más general, este tipo de troqueles consta fundamentalmente de:
Tope fijación del paso Guía chapa
Matriz
Mango portapunzones Contraplaca
Placa guía de los punzones Guías laterales de la chapa Matriz
Placa portapunzones
Tope de fijación del paso Base
z Parte móvil: -
un mango portapunzones, una contraplaca de sostén, o placa de freno, una placa portapunzones, uno o más punzones.
z Parte fija: -
placa de guía de los punzones (placa expulsora), guías laterales, matriz (o placa matriz), sistema de retención para fijar el paso, zócalo o base.
Contemplando, a su vez, los elementos de fijación: tornillos, pasadores, etc.
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Troquel para pieza sencilla.
Punzón
b) Si la producción de la pieza es en grandes cantidades, es conveniente una matriz múltiple, con varios punzones iguales. En este caso, los punzones podrían estar juntos, pero no interesa por razón de resistencia. La alimentación, o sea el paso, ha de ser triple, ya que las piezas cortadas están una a continuación de la otra en sentido longitudinal.
y
Matriz con punzones distanciados.
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Herramientas para el conformado c) Cuando las piezas tienen agujeros interiores conviene utilizar una matriz progresiva. Esto es, con dos o más punzones, de los cuales los primeros cortan los agujeros interiores, y el último el perfil. En este caso la pieza se corta en dos golpes sucesivos, aunque sale una pieza por golpe de prensa, puesto que a la vez que se corta el perfil de una, simultáneamente se cortan los agujeros de la siguiente. El sistema para la fijación del paso debe ser preciso; de lo contrario, los agujeros resultarían descentrados respecto a la pieza.
complicado, y debería ejecutarse con un punzón que, por su forma, quedaría muy débil. Para solucionar esta dificultad, el corte se hace dos veces, con lo cual en lugar de un punzón débil se tienen dos punzones robustos.
Pieza cortada
Pieza a cortar Solución para cortar la pieza interior Punzones
Tope
Aplicaciones
Piloto
En general, los troqueles con guía de punzones fija a la matriz son un tipo muy utilizado y -habitualmente- el mejor para series medianas, siempre que no exijan cortes de alta precisión, que se efectúan, por lo general, con matrices concéntricas o coaxiales.
y
Guía
Troqueles de corte coaxial Troquel para el corte de piezas con agujeros.
En la figura observamos una matriz de este tipo, una de cuyas características principales es tener en el punzón principal una guía. Éste es algo más largo que el que efectúa el agujero, con el fin de inmovilizar la tira de chapa antes del corte de este último. Semejante a este caso es el de la pieza de la figura siguiente que, si bien no tiene agujeros interiores, presenta un perfil
Se emplean para piezas con agujeros interiores que deban ser cortadas con precisión. Trabajan con varios punzones, introducidos unos dentro de otros, de tal manera que un punzón es a la vez matriz respecto a otros punzones. Otra característica de este tipo de troqueles es el sistema de expulsión del retal y de la pieza cortada, por medio de elementos elásticos y mecanismos auxiliares. Todo ello hace que sea -generalmente- de fabricación delicada y cara, por lo que sólo es más rentable que el anterior cuando se trata de series importantes y piezas de precisión.
Mango Pieza obtenida
Contraplaca Casquillos de guía
Percutor principal Platina percutora
Placa sufridera
Sistema superior de expulsión
Placa portapunzones Vaso matriz Punzón Guías de banda Tope de retención
Agujas percutoras Extractor Platina de extracción Sistema inferior de expulsión
Muelles Tornillo para graduar el recorrido de la platina
Punzón híbrido
Parte rígida del cuerpo superior
Parte fija inferior
Base Columnas de guía
Troquel coaxial.
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Herramientas para el conformado En la figura podemos observar los elementos que componen un troquel normal de este tipo. Cabe observar: z No todas las matrices de este tipo tienen todos y cada uno de los elementos enumerados, ni puestos en el mismo orden. Así, por ejemplo, cuando los punzones superiores son pequeños -a veces- se suprime la pletina percutora y se prolongan las agujas percutoras a través del mango, eliminándose también el percutor principal y poniendo a cambio una pequeña riostra con un tope. En este caso la contraplaca de sostén y la placa sufridera pueden formar una sola pieza.
Percutor principal
Primer tiempo
Segundo tiempo
Cruceta Agujas percutoras
Dos momentos del tercer tiempo Con percutor principal único
Prolongación de agujas percutoras
z Igualmente, puede a veces sustituirse el sistema de expulsión superior por otro, semejante al inferior.
En el segundo tiempo baja la parte superior, cortando simultáneamente los agujeros y el perfil exterior. La pletina de extracción inferior, por la acción de los muelles, produce un efecto de prensado, sujetando la parte exterior de la chapa y fijándola, con lo que resulta un corte más limpio. En el tercer tiempo, al subir la parte superior, la placa extractora inferior expulsa por elasticidad el retal que ha quedado adherido al punzón híbrido, mientras el trozo cortado por el punzón o los punzones centrales cae por el agujero o los agujeros centrales del mismo punzón híbrido. Casi inmediatamente después, el percutor da contra un tope en forma de cruceta que tiene la prensa y empuja, mediante el extractor superior, la pieza cortada que había quedado adherida al vaso matriz y a los punzones superiores. Ya que, tanto el retal como la pieza, al ser cortados quedan entre la parte superior e inferior del troquel, es necesario disponer la prensa de forma inclinada, para que la pieza resbale por su propio peso y caiga fuera. Por último, se corre la banda de chapa de nuevo hasta el tope y queda todo dispuesto para un nuevo corte.
Troquel cortador coaxial para el corte de arandelas, con sistema superior de expulsión por muelle.
z De cada uno de los elementos enumerados existen variantes.
Claro está, que estas operaciones se desarrollan en un tiempo muchísimo menor del que se tarda en explicarlo.
Troqueles simultáneos al aire
El funcionamiento de los troqueles coaxiales puede verse en la figura siguiente.
Son un tipo intermedio entre los troqueles coaxiales y los de guía fija, de punzones, de construcción más sencilla que los coaxiales y con buena precisión. Su funcionamiento es sucesivo, cortándose primero las partes interiores y luego el perfil exterior.
En el primer tiempo se coloca la chapa para cortar apoyada en el punzón híbrido y la pletina de extracción, que están en un mismo plano mientras el troquel está en reposo.
Se pueden también sacar del mismo material dos piezas al mismo tiempo, una interior a otra, como en el caso de chapas para estatores de motores eléctricos.
Funcionamiento de los troqueles coaxiales
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Herramientas para el conformado
Se emplean en aquellos casos donde la precisión requerida es mayor que la que pueden dar los troqueles con guía fija de punzones y al mismo tiempo, por la complicación de la pieza, no puede hacerse uso de un troquel coaxial. Ejemplo de dos piezas cortadas al mismo tiempo con un mismo troquel. Mango Casquillo guía
Contraplaca
Sufridera
Placa portapunzones
Muelles placa guía
Columna guía
Placa guía-expulsora
Placa matriz
Sujeción columna
Punzones
Guía chapa
Placa base
Troquel simultáneo al aire.
Como se puede observar, constan de una parte superior y otra inferior, guiada la primera por columnas fijadas en la segunda, lo que los hace parecidos a los coaxiales. La parte inferior es semejante a una matriz simple, con una guía para la banda, en forma de pestaña. La parte superior lleva varios punzones simples, guiados por una placa de guía, que, a diferencia del primer tipo de troqueles con guía, no va fija a la parte inferior sino a la superior, mediante muelles. Así pues, esta placa tiene tres funciones: 1) Guiado de la posición relativa de los punzones. 2) Prensado de la tira de chapa en el momento de corte. 3) Expulsor de la banda al retroceder la parte superior. Existen tres variantes en este tipo de troqueles, que se distinguen por las formas del guiado:
Guiado por la contraplaca
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Guiado por la contraplaca y el expulsor
Guiado por el expulsor
El primer procedimiento es el más empleado. El segundo se utiliza para requerimientos de mayor precisión. El tercero se utiliza muy poco, por no tener -generalmente- más ventajas que los dos anteriores y, por el contrario, si el carro de la prensa no está perfectamente alineado, potencia el peligro de rotura de los punzones.
Troqueles para cortes horizontales o inclinados Algunas veces se requiere agujerear piezas previamente dobladas o embutidas, y que no tienen, por tanto, forma plana continua. Si todos los agujeros son paralelos, el troquel necesario para efectuarlos no se diferenciará fundamentalmente de los que se utilizan para troquelar piezas planas, excepto en la forma de la matriz, y de los sujetadores-expulsores, que deben construirse de tal forma que permitan el apoyo correcto de las piezas a cortar. Pero cuando se trata de hacer simultáneamente agujeros en distintas direcciones, ya no es posible utilizar una matriz de los tipos vistos hasta ahora, por lo que se impone un troquel capaz de trabajar en distintos sentidos, horizontales u oblicuos.
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Herramientas para el conformado
Posición del mango en los troqueles En cualquier tipo de troquel cortador ha de colocarse el mango precisamente en la recta que sigue a la resultante de todas las fuerzas que obran sobre la parte superior del troquel, para evitar esfuerzos innecesarios, así como deformaciones y roturas.
Empujadores Carros portapunzones Guías en cola de milano para los carros
Prácticamente, se sigue la pauta:
Cortador de efecto horizontal para pieza previamente doblada.
Los carros portapunzones son los elementos nuevos que aparecen en ellos, que se deslizan por guías dispuestas para este propósito, y que se accionan por unos empujadores, que actúan sobre los carros al bajar la prensa. Este tipo de troqueles es de construcción algo compleja, y por ello sería preferible hacer las operaciones en orden inverso; esto es, primero la perforación y luego el curvado o la embutición, pero ello no es siempre posible, ya que así la precisión de los agujeros es menor, y además en los casos de embutición algo profunda los agujeros previamente hechos dan lugar, por lo general, a deformaciones indeseables.
a) Determinar el centro de gravedad del perímetro de la figura cortada según las reglas de la geometría y de la mecánica1. b) Situar el mango en la vertical de dicho centro de gravedad.
Componentes de un troquel Vistos los distintos tipos de cortadores y sus elementos fundamentales, nos queda considerar las distintas formas y detalles constructivos de dichos elementos. No nos entretendremos, en los elementos de los troqueles simples, puesto que son idénticos a los de los otros tipos de troqueles más complejos.
Mangos portapunzones y sujeción a la prensa
Troqueles con punzón flexible Constan de un portapunzones, con un punzón -generalmente- de varias capas de goma dura especial, convenientemente zunchado para evitar su expansión lateral. En la parte fija incorpora una base sobre la cual se apoya una matriz de acero, que no es sino una placa de la forma y tamaño de la pieza que se ha de cortar. Contra-placa o base superior
La sujeción de la parte superior del troquel a la prensa normalmente se hace mediante los mangos portapunzones, aunque en grandes troqueles puede ir además la contraplaca o base superior atornillada directamente al carro de la prensa por cuatro o más tornillos. Los mangos se sujetan mediante un tornillo al agujero que, para este efecto, dispone el carro de la prensa. Suelen presentar alguna de las tres formas indicadas.
Anillo de zunchado Goma dura
Troquel cortador con punzón de goma
Pieza a cortar Plantilla matriz Base inferior
Troquel con punzón de goma en el momento de cortar
Al bajar el punzón comprime elásticamente el material a cortar, que se hunde en las partes que quedan en hueco, cortándose por cizallamiento. Desde luego, con este sistema no se pueden hacer agujeros de diámetros pequeños. Si se necesita alguno, deberá ser cortado o taladrado posteriormente. Los troqueles de cortar con punzón de goma se utilizan en aquellos casos en que se han de cortar -en pequeñas seriespiezas grandes de metales blandos, como el aluminio, como sucede frecuentemente en construcciones aeronáuticas. Tienen la ventaja de que se pueden transformar rápida y económicamente para el corte de distintas piezas.
a) Tornillo de sujeción del mando
b)
c)
Tipos de mango
Las formas b y c dan una sujeción más firme que la forma a. La forma b, además, impide el giro. Las dimensiones de los mangos están normalizadas, debiéndose elegir, como es natural, el tamaño correspondiente a la prensa que se utilice.
Placa freno La placa freno, también llamada contraplaca o base superior, tiene por objetivo sustentar toda la parte superior móvil del troquel y además, tal como su nombre indica, hacer de
1
Conviene recordar que no se debe tomar el centro de gravedad de la superfície, sino del perímetro, exceptuando los troqueles con punzón de goma. Los troqueles de efecto horizontal o inclinado deben estudiarse cada caso en particular, puesto que no siguen la regla general.
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Herramientas para el conformado freno o apoyo de los punzones en su esfuerzo de corte, directa o indirectamente. Generalmente, la placa portapunzones se fija a ella por la superficie inferior, y en la superior se asienta el mango. Cuando los punzones tienen sección pequeña existe el riesgo que se vayan clavando en la contraplaca. Para evitarlo, se suele interponer entre los punzones y la contraplaca una chapa de acero duro templado que hace el papel de sufridera, repartiendo el esfuerzo y evitando así que se claven los punzones en la parte superior2. Si los punzones presentan una sección mediana o grande, no será necesaria esta pieza auxiliar, siendo la misma contraplaca la que hace de sufridera. Apoyo del punzón Contraplaca Placa portapunzones
Punzón Haciendo de sufridera la contraplaca Contraplaca
a)
d) Punzón con piezas postizas
b)
c)
e)
f)
Varios tipos de punzón con corte de tijera
Normalmente la superficie inferior del punzón que forma el filo, es completamente plana y perpendicular al movimiento del punzón, pero puede ser oblicua o tener otros perfiles para efectuar mejor el corte. Cuando dicha superficie no tienen el perfil plano y perpendicular al eje, el corte no se hace de una vez, sino en forma de tijera y se efectúa con menos esfuerzo, pero el trozo cortado generalmente queda deformado, por lo cual sólo se puede acudir a esta solución cuando ese trozo es el desperdicio y no la pieza cortada.
Sufridera de acero templado
Punzón
Placa portapunzones
Con sufridera de acero templado
Punzones Los punzones son piezas de acero templado que efectúan el corte introduciéndose en los agujeros de la matriz para producir el cizallamiento de la chapa. La sección transversal del punzón tiene, generalmente, la forma del agujero a cortar. Sin embargo, hay ocasiones en que el corte del perfil se hace en dos o más veces para evitar que queden punzones debilitados.
Efecto del punzón con corte de tijera.
En cambio, otras veces, la deformación de la pieza es precisamente lo que se busca para que al mismo tiempo que el corte, se efectúe un curvado o un ligero embutido, y entonces el extremo del punzón debe tener precisamente la forma de la pieza que se quiere obtener.
En este último caso el punzón auxiliar no corta exactamente en los límites del punzón principal, sino que suele dejarse una pequeña porción cortada de sobra para evitar que -aún pequeña- una desviación produzca cortes defectuosos. Hasta no hace mucho, los punzones se hacían de una pieza cuando eran de formas sencillas, y con piezas postizas si eran de formas complicadas simplificando así la construcción evitando perfiles cóncavos, o bien poder sustituir una parte del punzón en caso de rotura sin necesidad de alterar el resto. En caso de punzones de grandes dimensiones conviene, a menudo, hacerlos de varias piezas, no tanto por simplificar la construcción como por ahorrar material caro. Desde que las máquinas de electroerosión se han ido difundiendo y debido a las grandes prestaciones que ofrecen, los punzones de piezas postizas han quedado limitados a unas aplicaciones muy concretas. 2
Deformación de la pieza producida por punzón no plano.
Los punzones tienen por lo general una sección uniforme en toda su longitud. Sin embargo, cuando el agujero que se va a ejecutar es muy pequeño se ensancha el punzón unos milímetros más arriba del corte, para darle más resistencia. Otras veces el cambio de forma es en la cabeza del punzón para facilitar su sujeción.
Otra solución es construir toda la contraplaca de acero templado, pero generalmente se descarta esta opción por factores económicos, más que por dificultad técnica.
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Herramientas para el conformado
Ensanchamiento del punzón.
Sistemas de fijación de los punzones: placa portapunzones Cuando el punzón es único y de forma sencilla puede formar una sola pieza con el mango (A y B), suprimiéndose la base superior, pero en la mayoría de los casos es necesario o conveniente hacer el punzón aparte, por lo que se necesita un sistema de sujeción a la base superior. Dicha sujeción puede hacerse sin placa portapunzones o con placa portapunzones.
Fijación por encaste y tornillos.
La placa portapunzones es un paralelepípedo de caras bien paralelas, que se sujeta a la base superior mediante tornillos y pasadores y en la cual van ajustados los punzones para impedir que se tuerzan o que se desvíen. Para ello es preciso que la placa portapunzones tenga espesor suficiente y un buen ajuste, de lo contrario, peligra el buen funcionamiento del troquel. El desplazamiento hacia arriba del punzón se impide, generalmente, por el apoyo del mismo en la placa freno o sufridera, pero en algunos casos especiales se dispone de un ensanchamiento del punzón inmediatamente debajo de la placa portapunzones para que apoye sobre ésta (E). Ensanchamiento, que -a veces- tiene forma cónica (G).
Placa expulsora
Otros sistemas de fijación de punzones. Fijación de los punzones.
Rara vez se emplea la sujeción sin placa portapunzones para punzones de corte; puede consistir por ejemplo: en una cola de milano o en un encastre asegurado con tornillos.
El desplazamiento hacia abajo origina esfuerzos menores, aunque no despreciables, por lo cual, se necesita también una sujeción que obre en este sentido. Los procedimientos más corrientemente empleados para ello son: a) avellanar la placa portapunzones y remachar la cabeza del punzón antes de templarlo (C,E,F), b) disponer de un resalto o valona que encaje en un rebaje de la placa (D), c) efectuar una sujeción con tuerca (G) o con tornillos. Para evitar el giro cuando la cabeza del punzón es cilíndrica, se puede hacer uso de una chaveta, como se puede apreciar en la imagen anterior.
Fijación por cola de milano.
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Para facilitar la sujeción de punzones de perfil complicado -a veces- se recurre a dar a la cabeza una forma diferente y
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Herramientas para el conformado más sencilla: cilíndrica o rectangular (D y E); ello es posible cuando se efectúa el perfil del macho por fresado o bien con una máquina especial. Cuando los punzones son de sección muy pequeña, sobre todo si son cilíndricos, se pueden montar en una pieza portapunzones hueca y exteriormente cilíndrica (H, I).
Camisa exterior de refuerzo Pieza sufridera
b) El sistema de resalte o valona es sencillo en el caso de punzones cilíndricos o rectangulares, pero en otros casos puede presentar dificultades, por lo que se puede recurrir a variar la forma de la cabeza del punzón, aunque no siempre es posible por razones de fabricación. c) El ensanchamiento del punzón para que apoye en la placa en lugar de la contraplaca se usa poco, porque complica la construcción y de ordinario no es necesario. d) Cuando es necesaria una fácil intercambiabilidad puede ser útil el sistema de sujeción por tornillos o tuercas, si los punzones son grandes, o el de piezas portapunzones, si son pequeños.
Parte cortante del punzón
Punzón con corte postizo.
En el caso H, el punzón puede hacerse de acero rectificado (acero plata) y recambiarse fácilmente. En el caso de I, además se puede ir bajando según se desgasta por los sucesivos afilados. En el caso presentado en la figura precedente, aunque algo más complejo de ejecución, el material empleado en el punzón es mínimo y, por tanto, muy pequeño el gasto de reposición por rotura o desgaste. Como se puede observar en las figuras, los distintos sistemas pueden combinarse entre sí según las necesidades.
Disposición de los punzones en la placa Los punzones deberán estar dispuestos, naturalmente, según la figura que se necesite cortar, pero cuando ello da lugar a que estén demasiado juntos, la fijación sólida se hace difícil, y entonces se acude a distribuir los punzones en varias etapas de una matriz progresiva, consiguiendo así distanciarlos. Especial importancia tiene la distribución de los punzones en las matrices múltiples que han de cortar varias piezas iguales a la vez, que interesa estén juntas para aprovechar mejor el material.
Observaciones sobre el ajuste de los punzones Como indicamos antes, el ajuste de los punzones en la placa portapunzones es muy importante, sobre todo para conseguir el centrado con los agujeros de la matriz y el correcto paralelismo con el movimiento del troquel. Sin embargo, cuando el troquel lleva guía fija de punzones, se da en ésta un ajuste muy preciso de tipo deslizante, y en cambio se deja un pequeño juego en la placa portapunzones para que los punzones puedan adaptarse más fácilmente a la matriz y a la misma guía.
Placa matriz: tipos y ángulos de salida La placa matriz o simplemente matriz es una pieza de acero templado, provista de agujeros que responden exactamente en forma, tamaño y disposición relativa, a los punzones y su distribución en la placa portapunzones, y cuya superficie superior, que es la superficie de corte, está rectificada. Esta pieza, junto con los punzones, son los elementos más importantes. La parte superior de la matriz, donde están los filos de corte, habitualmente es plana totalmente, y por esa cara se va afilando -cuando así lo exige- el desgaste de dichos filos. Pieza a cortar
Elección del sistema de fijación de los punzones La elección del sistema de fijación de los punzones exige experiencia, ya que se debe elegir, en general, el sistema más sencillo posible, compatible con el buen funcionamiento del troquel. Los datos para la resolución de este problema son: z Forma, dimensiones y sistema de fabricación del punzón. z Tipo de troquel. z Calidad y espesor del material a cortar. z Producción que se exigirá al troquel. En la práctica, es conveniente tener en cuenta: a) El sistema del remachado se puede emplear aun con perfiles complicados y es muy usado por su facilidad de construcción en troqueles de no gran producción y medianas exigencias.
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Pieza cortada
Matriz para cortarla
Matriz no plana.
Sin embargo, aunque raras veces, dicha cara no es plana. Esto se hace, sobre todo, cuando se trata de cortar piezas ya dobladas, curvadas o embutidas previamente, ya que entonces la superficie superior de la matriz ha de adaptarse a la forma de la pieza, para que el asiento se haga con solidez y no se deforme la pieza que se va a cortar. Respecto al número de piezas de las que se compone, la matriz puede ser: z entera, si es de una sola pieza, z con piezas postizas, para facilitar la construcción y reparación de los puntos débiles,
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Herramientas para el conformado
Pieza a cortar
cil o imposible, así como cuando se querían rectificar interiormente, puesto que las rectificadoras de perfiles no podían trabajar interiormente. Este tipo de matrices actualmente ha caído en desuso desde la aparición de la electroerosión por hilo, ya que la facilidad de conformar cualquier geometría es prácticamente infinita.
Matriz
Matriz con piezas postizas. Matrices partidas.
Otros sistemas de sujeción de piezas postizas a la matriz.
z de varias piezas, para ahorrar material en caso de grandes matrices, y
Rectificado de matrices partidas.
Cuando se trata de matrices en varias piezas es preciso asegurar la unión y la posición relativa de las piezas con gran exactitud, rigidez y resistencia, puesto que los esfuerzos a que estarán sometidas serán muy grandes.
Ángulos de salida Para evitar el roce de las piezas cortadas con la matriz, los agujeros de ésta no son de tamaño perfectamente uniforme, sino que se van ensanchando de arriba abajo. Las formas de este ensanchamiento se pueden ver en la figura siguiente. Matriz de grandes dimensiones formada por piezas independientes.
z con pastillas postizas, incrustadas en un material de peor calidad.
Matrices con pastillas postizas.
Una variante muy importante de las matrices de varias piezas la constituyen las llamadas matrices partidas, cuyo perfil interior está formado por varias piezas elaboradas separadamente. Se empleaban cuando se trataba de figuras complicadas y estrechas, cuya ejecución por otro método era muy difí-
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Ángulos de salida de las matrices.
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Herramientas para el conformado La forma A no es conveniente sino para muy pocas piezas o material a cortar muy blando, pues al afilar la matriz va aumentando el tamaño del agujero. La forma B es la que se emplea normalmente. En este caso el agujero tiene una parte perfectamente paralela (y perpendicular a su vez a la cara superior) que se llama vida de la matriz. A partir de aquí se produce un ensanchamiento en forma cónica, con un cierto ángulo llamado ángulo de escape o ángulo de salida.
prensa, se partiría, y si se hace muy robusta, daría lugar a un consumo excesivo de acero de alta calidad y precio. En la sujeción de la placa matriz a la base hay que distinguir si se trata de una matriz entera, partida, compuesta o simplemente de pastillas incrustadas. Si es entera la placa matriz se apoya, general y simplemente, en la base por un plano bien rectificado y se fija con tornillos y pasadores. Puede ir también semiencastada.
El tamaño de la vida de la matriz suele ser de 2 a 3 veces el espesor de la chapa que se va cortar (pueden darse hasta unos 6 mm) con la observación de que cuanto menor sea, más fácilmente se desprenderán las piezas cortadas, pero será menor la duración por los sucesivos afilados. El valor del ángulo de salida suele ser de 1º a 3º, y en algunos casos -en matrices de poca producción- hasta 6º. La forma C es semejante a la anterior, pero la vida de la matriz se hace ligeramente cónica (½º). Se emplea en casos difíciles para materiales duros, y si no es necesaria alta precisión.
Matriz semiencastada.
Si se trata de matriz partida, será necesaria una sujeción más enérgica, que se obtiene mediante cuñas o bien construyendo la parte exterior redonda, dándole forma cónica y sujetándola con un aro cónico apropiado. Algunas veces bastará un encastre y sujeción por fuertes tornillos y pasadores.
Sujeción de la placa matriz: bases normalizadas La placa matriz no se apoya directamente en la mesa de la prensa, sino sobre una robusta base de acero común o de fundición. Esta base suele consistir -simplemente- en un bloque con la cara inferior plana y la cara superior dispuesta para adaptarse a la placa matriz. Debe tener la forma conveniente para que se pueda atornillar o embridar a la mesa de la prensa y, a veces, está adaptada para la fijación de columnas destinadas a guiar la parte superior del troquel. Sujeción de matriz partida por aro cónico.
Por bridas
Por tornillos
Sujeción a la prensa.
En cualquier caso, la base ha de disponer de unos orificios para dejar paso a las piezas y trozos cortados. Estos orificios deben coincidir con los de la matriz, pero no es preciso que tengan exactamente la misma forma, sino que habitualmente sean mayores y de formas sencillas para una mayor facilidad de construcción.
Sujeción de una matriz partida por encaste y tornillos.
Si se trata de pastillas incrustadas, lo más sencillo es procurar que dichas pastillas sean redondas, pero entonces para fijar su posición y evitar que giren es necesario dotarlas de un pasador de posicionamiento.
Agujeros de salida en la base.
La necesidad de una base se justifica porque estando la placa matriz templada y sometida a grandes esfuerzos, si se construye relativamente delgada y apoya directamente en la
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Eliminación del giro por pasador.
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Herramientas para el conformado Bases normalizadas Cuando hay que cambiar muchas veces la matriz se puede evitar la necesidad de una base para cada una, disponiendo de una base común -suficientemente sólida-, a la cual se sujetan las matrices con regletas y tornillos. Para poder hacer esto es preciso que bases y matrices sean intercambiables y, por tanto, que sus tamaños respectivos estén normalizados.
La placa se une rígidamente a la matriz mediante tornillos y pasadores a través de las guías laterales de la chapa que, a veces, forman un cuerpo único con la misma guía. Generalmente va apoyada por ambos lados, dando lugar a una estampa cerrada, pero puede ir apoyada por un solo lado (estampa abierta), o bien por tres lados, dando lugar a una estampa ciega.
Base intercambiable.
También es necesario, o por lo menos muy conveniente, que todas las bases -incluso las fijas a la matriz- estén normalizadas, al menos en lo que respecta a las medidas de sujeción a la prensa.
Placa de guía de punzones La placa de guía de punzones, en ocasiones también llamada placa extractora, tiene por objeto guiar a los punzones en su recorrido y al mismo tiempo desprender en la carrera de vuelta el retal que ha quedado adherido fuertemente a dichos punzones. Normalmente es una placa con dos caras paralelas, con los mismos orificios que la matriz y situados en la misma disposición que en ésta. El ajuste de los punzones en esta placa debe ser deslizante y ejecutado con cuidado, puesto que de la precisión de este ajuste depende en gran parte el buen funcionamiento y la duración del troquel.
Estampa cerrada
Estampa abierta
Estampa ciega
Este último caso sólo se da en cortes secundarios de piezas previamente cortadas, o bien en los casos en que se trocea el retal. El grueso de la placa guía normalmente se construye de un valor aproximado o igual a 0,4 × altura total de punzón. La distancia a la que ha de quedar sobre la placa matriz debe ser -aproximadamente- 5 veces el espesor del material a cortar, pero sin bajar nunca de 2 o 2,5 mm por razones constructivas, aunque el material sea muy delgado. Si el paso es muy largo, conviene que esta altura o distancia sea algo menor.
Guías laterales de la chapa Las guías de la chapa son generalmente dos, situadas una a cada lado, para poder guiar la banda. A veces pueden lograrse simplemente con unos rebajes de la guía de punzones. Para piezas que no están sacadas de cinta pueden, excepcionalmente, hacerse de modo que el troquel quede abierto o ciego.
Avellanamiento para retención de aceite.
En la parte superior, los agujeros deben estar avellanados o biselados, de manera que sirvan de pequeño depósito de aceite para la lubricación de los punzones, puesto que de no disponer de lubricación terminarían agarrotándose. Conviene también que disponga de un escote en la parte de salida de la tira para facilitar la visión al operario.
Independientes
Parte de la guía de punzones
Guías de la chapa.
Escote para vigilancia.
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La altura de las guías será, naturalmente, la distancia entre la placa guía de punzones y la matriz. La distancia entre las guías debe ser igual a la anchura de la banda por cortar más una pequeña holgura, la mínima que baste para asegurar un movimiento fácil, teniendo en cuenta la tolerancia en la anchura de la banda.
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Herramientas para el conformado La anchura de cada guía será la que baste para completar las dimensiones de la matriz, o sea la suficiente para la colocación de los tornillos y pasadores de fijación. La longitud puede ser igual a la de la matriz, pero para un mejor guiado conviene que sea más larga, con un total de 1,5 a 1,8 veces la longitud de la matriz, y aún más para cortes de precisión.
En matrices sin placa guía, se pueden poner resaltes laterales en forma de pestañas, para guiar mejor la chapa y hacer de extractores. Pero si la chapa no es muy rígida no da muy buen resultado, ya que se dobla y sale.
La fijación se suele hacer a la matriz y al zócalo o base, con los mismos tornillos y pasadores que sujetan la guía de punzones. Cuando las guías laterales son más largas que la matriz se suelen unir en su extremo por una traviesa o tornapuntas para darles rigidez y, al mismo tiempo, para servir de apoyo a la banda. Si ésta es de material blando, se podrá disponer doble traviesa, para un mejor guiado.
Guía de la chapa en forma de pestañas.
Dispositivos de retención y fijación del paso de la banda Los dispositivos para conseguir que el material a cortar quede colocado precisamente en su posición conveniente, son varios y su elección depende de varios factores. El factor más importante que hay que tener en cuenta es el estado en que entra el material en el troquel. Según este punto de vista pueden darse dos casos:
Guía de punzones con tornapuntas
Doble tornapuntas
Cuando se quiere un corte de precisión es preciso eliminar la holgura de la chapa con las guías por medio de un sistema elástico, ya sea en la parte exterior o interior de la matriz, por medio de pequeños flejes templados que hacen de resorte.
a) cada pieza se saca de un trozo distinto de material, que a su vez puede ser una porción de chapa plana, o una pieza previamente curvada o embutida, b) las piezas se sacan de una banda de chapa que va penetrando en el troquel de forma intermitente. En este último caso puede suceder que se trate de piezas sencillas, sacadas una a una de un solo corte, o bien del mismo tipo de piezas, pero sacando varias a la vez en una matriz múltiple, o bien que sean piezas con agujeros interiores, que deban de ser cortadas en un troquel sucesivo. Otro dato es la forma del retal, que puede ser retal continuo o simplemente pequeños recortes sueltos. Por último, otros datos importantes a tener en cuenta son: el tipo de troquel empleado, la producción exigida, el tipo de prensa que se emplea y, sobre todo, la precisión que se necesita obtener. Prescindiendo de los sistemas automáticos que se accionan por el mismo movimiento de la prensa, exponemos a continuación los principales sistemas, dando al mismo tiempo los casos principales de aplicación de cada uno. z Tope retensor de perno. El sistema más sencillo es el retensor de perno, que consiste en un simple pivote, en el cual se hace tropezar la banda, aprovechando el agujero que deja la pieza.
Sistema elástico exterior para eliminar la holgura
Eliminación de la holgura en el interior de la matriz por medio de resortes
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Esquema del avance por tope.
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Herramientas para el conformado Este tope suele ser redondo, pero excéntrico respecto a su fijación, para que haciéndolo girar pueda ajustarse libremente el paso. A su vez puede ser fijo o elástica.
Variación del paso por la excentricidad del tope
Esquema del avance por cuchilla de paso de banda. Tope fijo
Tope elástico
Doble cuchilla de paso de banda
Éste es el sistema más sencillo, y aunque no es de gran exactitud, sirve para la mayoría de los casos corrientes en medianas producciones y trabajo a mano. z Cuchillas de paso de banda. Este sistema consiste en una estrecha cuchilla o punzón auxiliar cuya longitud es igual al paso del troquel. Dicha cuchilla hace una muesca igual al avance que ha de tener la banda de chapa, de modo que al empujar o tirar de la banda después del corte, avanza hasta que la muesca efectuada tropiece con un resalte del troquel. Excepcionalmente, se pueden poner dos cuchillas, una a cada lado.
Este procedimiento es muy exacto y admite gran rapidez en la ejecución, pero tiene el inconveniente del desperdicio de parte del material de la banda. El empleo de dos cuchillas en vez de una da lugar a una mayor exactitud, pero, consecuentemente, se desperdiciará más material. z Punzón de entalla lateral. Es una variante del sistema anterior. Consta de dos elementos: un punzón o cuchilla que efectúa una muesca en la banda, y un tope elástico en el cual ésta se engancha al desplazarla. Aquí el paso está fijado por la distancia entre el punzón auxiliar y el tope. Para que el dispositivo funcione bien, se hace avanzar la chapa y luego un pequeño retroceso para que encaje bien la muesca.
Cuchilla de paso de banda
Sistema de punzón de entalla lateral.
Troquel con cuchilla de paso de banda.
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Este sistema es algo más complicado que el anterior y no tan rápido, pero tiene la ventaja de no desperdiciar ningún material.
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Herramientas para el conformado z Tope frontal. En este caso se dispone un tope en el cual tropieza frontalmente la tira al avanzar. Dicho tope puede ir en un puente o sujeto a la placa guía de punzones.
Sistema de balancín para avance de la chapa. Sistema de tope frontal.
al tomapuntas de las guías de chapa
a la guía de punzones
Sujeción del tope frontal.
Para poder hacer uso de este dispositivo es preciso que las piezas sean del mismo ancho que la banda, sin retal sobrante, o bien que haya una cuchilla auxiliar para cortar el retal que se vaya produciendo.
Sistema de balancín cuando el avance se da automáticamente.
En cualquier caso, es preciso disponer en la parte superior del troquel de un tope graduable para el accionamiento. Es un sistema bastante exacto y seguro y, desde luego, el más rápido, por lo cual se emplea para las matrices de gran producción.
Corte de piezas de la misma anchura que la banda de chapa.
z Topes auxiliares. Los topes auxiliares no son propiamente un sistema de fijación del paso, sino mecanismos auxiliares que se emplean en unión de los otros sistemas para evitar pérdidas de material al principio y al final de la banda. Efectivamente, si en el troquel de la figura introducimos por primera vez la chapa, correrá hasta dar con el tope y desperdiciaremos una pieza, que saldrá sin agujeros interiores. En otros casos sucede algo semejante para la última pieza.
Sistema de cuchilla auxiliar para corte del retal.
La cuchilla auxiliar para cortar el retal puede, si interesa, aplicarse también a otros sistemas de troqueles. z Sistema de balancín. Consiste en un tope basculante accionado por la misma prensa en su movimiento de corte o, a veces, por la tira de plancha al avanzar. Existen distintas variantes de este mecanismo: uno que se utiliza cuando el avance de la banda se efectúa a mano y otro que se utiliza cuando dicho avance se encomienda a un mecanismo auxiliar de rodillos que posee la prensa.
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Tope auxiliar.
Para evitarlo dispondremos de un tope lateral como el que se ve en la misma figura, que se acciona manualmente al penetrar la banda por primera vez y la retiene para el primer corte. Luego se suelta y no se acciona otra vez hasta que debamos introducir una nueva banda.
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Herramientas para el conformado La forma normal es la de la figura que sigue, con un muelle que le hace volver a su posición de reposo. Pero existen otras formas de accionamiento lateral y efecto central, que se emplea más bien cuando la que haya que recuperar no sea la primera pieza, sino la última.
suele tener forma redonda e interiormente suele tener un mandrinado escalonado para la colocación del extractor.
Esquema de tope lateral
Vaso matriz.
Esquema de tope de efecto central
z Pilotos. Los pilotos son piezas postizas que en ocasiones se ponen en el extremo de los punzones, de forma y tamaño tal que se introduzcan bien ajustados en alguno de los orificios interiores de la chapa hechos previamente. Propiamente no son un sistema de retención y fijación del paso, sino un dispositivo auxiliar de otro sistema, como el del simple tope, que hace que la precisión del paso aumente y evita que puedan quedar cortes descentrados.
El agujero central tiene por la parte inferior la forma de la pieza que se debe cortar, al igual que en los otros tipos de matrices de corte. Pero, en el vaso matriz, en cambio, no hay ángulos de salida, ya que la expulsión de la pieza se hace por el mismo sitio por donde entró. Si la pieza a cortar tiene una forma complicada, pueden adaptarse piezas postizas, o bien puede ser postiza (en una o varias piezas) toda la parte cortante. En este último caso el vaso, que ya no es de acero de corte, en vez de llamarse vaso matriz se llama vaso portamatrices.
Forma de los pilotos para agujeros redondos, pequeños y grandes. Vaso matriz con piezas postizas
Formas y detalles constructivos de los troqueles coaxiales y simultáneos al aire Muchos de los elementos de los troqueles coaxiales y de los simultáneos al aire son comunes a los de guía de punzones fija a la matriz, pero hay algunos característicos, como los que disponen columnas de guía, etc.
Vaso portamatrices con matriz postiza
Como regla general, debe tenerse en cuenta que todas las piezas cuya forma no venga determinada de antemano habrá que conformarlas redondas para facilitar su construcción, ya que así podrán ser ejecutadas a torno, al menos parcialmente.
Placa matriz o vaso matriz En los troqueles coaxiales, la placa matriz tiene forma de vaso y, por esta razón, se le llama vaso matriz. Exteriormente
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Otro tipo de matriz postiza
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Herramientas para el conformado El vaso matriz va sujeto a la placa portapunzones o a la sufridera mediante tornillos, y fijado en su posición por medio de un rebaje circular.
Sistema superior de extracción Dependiendo de la anchura del extractor, el sistema superior de expulsión puede tomar diversas formas. Conviene que los extractores sean circulares, por su fácil construcción y funcionamiento, pero la parte inferior debe tener la forma de la pieza. Cuando en la construcción del extractor se hace difícil la unión de las dos formas, se puede construir de dos piezas.
Pieza por cortar
Descomposición del punzón híbrido
Punzón híbrido de varias piezas.
Estractor de dos piezas.
Algunas veces, en lugar de disponer el extractor accionado por la prensa, según el sistema descrito, se adopta un extractor de funcionamiento elástico. Punzón híbrido con una pieza postiza.
Extractor superior de funcionamiento elástico.
El punzón híbrido puede ir simplemente atornillado a la base, y fijado en su posición por pasadores, cuando es sencillo y además no debe ser recambiado con frecuencia. Cuando debe cambiarse con frecuencia se puede fijar por un collar de fijación. Por último, cuando la pieza a cortar es de forma complicada, o bien el punzón debería de ser de gran tamaño, con importante gasto de material, se puede hacer el punzón simplemente en forma de pastilla, fijado a una base especial por medio de tornillos, que en algunos casos pueden ser huecos para dejar paso a trozos cortados.
Punzones híbridos: tipos y fijación Tal como su nombre indica, trabajan a la vez como punzones y como matrices: como punzones respecto al vaso matriz y como matrices respecto a los punzones del grupo superior. Pueden ser de una sola pieza, de piezas postizas, o también tener simplemente alguna pieza postiza de recambio.
Punzón híbrido de una sola pieza.
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Sujeción del punzón híbrido por collar de fijación.
Fijación por tornillo hueco.
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Herramientas para el conformado Extractores inferiores Su función es separar el retal del punzón híbrido, ya que los pequeños trozos cortados por los punzones superiores caen por los agujeros, como en los demás tipos de troqueles. Constan de una pletina de extracción, que en su posición de reposo se mantiene a la altura del punzón por medio de unos tornillos que fijan su posición extrema.
En este caso, el muelle suele estar guiado por un vástago con una tuerca, contratuerca y arandela para graduar la fuerza. Este vástago, además, suele ser hueco (formado por un tubo) para dejar caer por su interior los trozos cortados por el punzón superior central, si lo hay. c) Una serie de discos de goma, que forman en su totalidad una especie de muelle de gran potencia.
El impulso hacia arriba para mantener dicha posición, para efectuar la sujeción de la pieza que se va a cortar y para la extracción, se ejecuta a través de un sistema elástico, que ha de ser, por lo general, bastante potente. Los sistemas elásticos más empleados pueden reducirse a tres: a) un sistema de varios muelles distribuidos alrededor del punzón y guiados, a veces, por los tornillos de posicionamiento.
Sistema elástico por discos de goma
Sistema elástico de expulsión por varios muelles
Guía de los muelles por los tornillos de posicionamiento
b) Un solo muelle de gran potencia, situado en la parte inferior del troquel, y que obra sobre la platina extractora a través de una placa y los bulones de posicionamiento.
El sistema de transmisión es semejante al del caso anterior, pero aquí debe tenerse en cuenta las dimensiones de la goma, que puede llegar a tapar la caída de los pequeños retales de punzones superiores no centrados, en cuyo caso, hay que adoptar dispositivos especiales de separación. En cualquier caso, la presión se debe regular de modo que sea algo mayor de la estrictamente necesaria para la expulsión del retal, ya que de ser menor no funcionaría el troquel, y viceversa, un exceso de presión le haría trabajar innecesariamente y además aumentaría la potencia necesaria. En los casos a) y b) en sustitución de los muelles helicoidales elásticos se usan las arandelas muelle o arandelas elásticas, ya sean redondas (tipo Belleville), ya de formas variadas. Estas arandelas pueden acumular mucha energía en muy poco espacio.
Arandelas-muelle y su aplicación
Guías de banda Sistema elástico de extracción por un solo muelle
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En los troqueles coaxiales las guías de la banda de chapa suelen ser muy sencillas, generalmente cuatro pivotes, fijos o elásticos, o bien unas guías de chapa.
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Herramientas para el conformado La sujeción de las columnas a la base inferior puede hacerse a presión o por medio de una tuerca apropiada.
Guía de la banda por cuatro pivotes en el extractor
Dos sistemas de fijación de las columnas a la base inferior.
Precaución a tomar para que los pivotes de guía no estorben en el funcionamiento del troquel
Guías de chapa fijas a la base
La base superior se desliza en la columna por medio de unos agujeros cilíndricos bien lisos, o mejor por unos casquillos postizos bien rectificados.
Guía de la columna en la base superior.
Retensores en los troqueles coaxiales Como en los troqueles coaxiales la precisión de la pieza cortada no depende en modo alguno del avance, el sistema de paso de banda suele ser muy sencillo, generalmente un simple tope fijo, y algunas veces elástico.
Armazones y columnas Llamamos armazones a las bases superior e inferior de los troqueles provistos de columnas de guía. Los tipos más corrientes son tres, que se diferencian por la posición de las columnas. La elección de uno u otro tipo dependerá, sobre todo, de la posición en que penetra la banda y la anchura de ésta.
Casquillos de guía para las columnas.
Con el objetivo de facilitar el montaje de los troqueles en las prensas, y para evitar el tener que construir bases y columnas para cada troquel -en el caso de cambios frecuentes- los armazones se construyen con medidas normalizadas, así como las columnas de guía. Sin embargo, en ocasiones se necesitan tipos y medidas especiales, pero entonces ya no son intercambiables. En cuanto a las columnas, conviene contemplar que:
Esquema de los tres tipos de armazones más corrientes.
Las columnas de guía están constituidas por piezas cilíndricas perfectamente rectificadas. En la parte superior, que es por donde rozan, llevan unas ranuras de forma anular para la buena distribución del aceite de engrase. Los armazones, en función de sus dimensiones, pueden llevar dos o cuatro columnas.
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z Los diámetros de las columnas no se suelen hacer iguales, sino con una diferencia de 1 mm como mínimo, para evitar que inadvertidamente se pueda invertir la posición relativa de los dos armazones, con el consiguiente peligro para el troquel. z Siendo las que suelen llevar las ranuras de engrase, si no deben superar en su recorrido la parte superior de los casquillos, son estos los que llevan entonces las ranuras, que en este caso son helicoidales.
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Herramientas para el conformado aceite
Ranuras de engrase en el casquillo. Efecto de los brazos empujadores
z También están disponibles en el mercado, armazones y columnas prefabricadas con deslizaderas provistas de jaulas con bolas. Este tipo de columnas dan un trabajo muy exacto y suave, pero son más caras, por lo que sólo son económicas para producciones relativamente grandes.
recorrido del brazo
α
α recorrido del punzón
Relación entre los recorridos y el ángulo de ataque
Ataque del empujador por medio de una roldana
Guías de rodamiento para columnas de troqueles.
Elementos de otros tipos de troqueles Queda por considerar los elementos de los troqueles simultáneos al aire y de los troqueles con punzones de movimiento horizontal o inclinado. Los elementos de los troqueles simultáneos al aire son iguales o muy semejantes a los vistos hasta ahora. Con los elementos de los troqueles de acción no vertical pasa lo mismo, excepto los que se enumeran a continuación, y algunos otros detalles de menor importancia. z El movimiento de los punzones se da por unos carros o correderas portapunzones que se mueven sobre unas guías rectangulares o de cola de milano y rara vez cilíndricos. z El accionamiento se verifica generalmente por medio de unos brazos empujadores que obran por efecto de plano inclinado. La inclinación de estos brazos ha de ser igual a la relación entre el recorrido vertical de la parte superior del troquel y el recorrido de los punzones. A veces, se interponen unos rodillos para evitar el exceso de rozamiento.
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Doblado y curvado Las operaciones de doblar y curvar, aunque teóricamente distintas, prácticamente son equivalentes. Se aplican principalmente a las chapas, pero también se ejecutan con alambres, tubos y otros perfiles. Los útiles necesarios para efectuar el doblado y el curvado son en muchos aspectos semejantes a los troqueles de cortar, en la mayoría de los casos; sin embargo, cuando predomina mucho una de las dimensiones de la pieza se emplean también sistemas continuos, por medio de rodillos acanalados, caso que ya queda fuera de este ámbito.
Variantes del doblado y curvado Además del doblado y curvado ordinarios, existen algunas variantes especiales que conviene conocer. Algunas de ellas no se hacen más que excepcionalmente por medio de estampas, como el bordonado o bordoneado, el rebordeado y el cercado. Otras, en cambio, como el enrollado, perfilado y engrapado, pertenecen a este ámbito cuando se efectúan con algunos tipos de piezas. Se llama enrollado el curvado de una chapa hasta formar un tubo. El perfilado consiste en la fabricación de perfiles de longitud considerable por medio del curvado o doblado de tiras de chapa en su sentido longitudinal.
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Herramientas para el conformado sobre todo, si los esfuerzos no son simétricos o al menos no están equilibrados. Por ello en la mayoría de los casos es conveniente o necesario disponer de un sistema seguro de posicionamiento, sea por un sujetador, sea por un pivote, etc. Diversos perfiles obtenidos.
Puede efectuarse por medio de rodillos en forma continua, pero también en prensas especiales por medio de troqueles muy sencillos de perfil constante que toman forma de cuchillas. b
equilibrado Doblado equilibrado c
a
desequilibrado Doblado desequilibrado
Punzón en forma de cuchilla para obtener perfiles.
El engrapado o engatillado consiste en la unión de dos piezas de chapa por medio de un doblez hecho en ambas chapas. Para pequeñas piezas se puede efectuar por medio de estampas o troqueles de doblar, pero para grandes piezas y depósitos se hace de ordinario por medio de máquinas especiales.
Radio mínimo Ya explicamos con aterioridad que si se intenta doblar violentamente una chapa, o lo que es lo mismo curvarla con un radio demasiado pequeño, el material suele agrietarse y romperse, o como mínimo, quedar muy debilitado. Por ello el radio interior del doblado o curvado no puede ser inferior a los límites calculados. Este radio mínimo depende del material que se vaya a trabajar y de su estado. Prácticamente se pueden tomar como radios mínimos de curvatura interna los siguientes:
Manera de impedir los efectos perjudiciales del desequilibrio.
z Cuando no se trate de un doblado simple, sino complicado si se intenta doblar o curvar la chapa de un solo golpe, generalmente se dará lugar a pliegues, estiramientos o roturas del material, por lo cual convendrá proceder por varias fases.
Procedimiento equivocado para un doblado complicado
z para materiales blandos o recocidos = de 1 a 2 veces el espesor. z para materiales duros o agrios = de 3 a 4 veces el espesor.
Algunas observaciones generales sobre el doblado y curvado Antes de entrar en la descripción de los tipos de troqueles o estampas de curvar y doblar, haremos algunas observaciones generales: z En el doblado, es importante que la chapa no se desvíe de su posición, de lo contrario el doblez (o la curvatura) no quedará en el sitio deseado, pudiendo incluso provocar que cada pieza salga distinta. Esto sucederá,
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Procedimiento correcto para el mismo caso
Estas distintas fases de curvado o doblado pueden ejecutarse en distintos troqueles, bien en uno solo de tipo sucesivo, o bien en uno simultáneo de doble o triple efecto, esto es, que tiene dispositivos para que sus distintas partes no obren simultáneamente en cada golpe, sino con una pequeña diferencia de tiempos. La elección del procedimiento en cada caso es un poco complicada y exige experiencia, ya que depende del tipo de pieza, de la serie, etc.
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Herramientas para el conformado z El uso de un sujetador no sólo es necesario para evitar el corrimiento de la pieza, sino que también lo suele ser para conseguir que la operación se desarrolle correctamente y no se produzcan deformaciones extrañas que den lugar a piezas incorrectas. z Cuando hay que curvar fuertemente una chapa por empuje, como sucede en el enrollado, conviene hacer un pequeño curvado previo, lo cual se puede obtener fácilmente en la fase de corte, haciendo el extremo del punzón ligeramente curvo.
de los elementos del primer tipo, los demás los veremos a la vez que los troqueles que los poseen. z En términos generales, el punzón está situado en la parte superior del troquel y la matriz en la parte inferior, pero excepcionalmente puede ser al revés.
Troqueles simples de doblar Están desprovistos de piezas móviles y de expulsores, y no tienen ningún sistema de guía de los punzones, dejándose esa función a las guías del carro de la prensa. Sus elementos fundamentales son:
Enrollado.
Curvado previo al enrollado.
z Los esfuerzos necesarios para doblar y curvar chapa mediana o fina, suelen ser muy pequeños en comparación con los necesarios para el corte de las mismas chapas.
a) Punzón. b) Matriz. c) Elementos de posicionamiento o referencia. Detalle A
Punzón Sistema de posicionamiento Matriz
Tipos de dobladores Entendemos por dobladores los troqueles que realizan operaciones de curvado o doblado, prescindiendo de los que efectúan operaciones complejas (dobladores-cortadores, etc.). Así definidos, los principales tipos de dobladores son: a) Troqueles simples de doblar. b) Troqueles simples de doblar con expulsores. c) Troqueles de doblar con piezas matrices giratorias o basculantes. d) Troqueles de doblar con piezas matrices deslizantes. e) Troqueles de doblar con punzón de doble efecto. f) Troqueles de doblar con punzones basculantes. g) Troqueles de doblar con piezas deslizantes en el punzón. h) Troqueles de doblar con doble matriz y punzón independiente. De todos ellos daremos una idea, describiendo las partes, las formas y los detalles constructivos de los más utilizados.
Observaciones generales sobre los órganos de los dobladores
Troquel simple de doblar
a) Punzón. Es una pieza maciza cuya parte inferior tiene un perfil que se corresponde con la superficie interna de la chapa. Suele ser de una sola pieza con el mango portapunzones, pero si el punzón es grande, puede hacerse postizo. b) Matriz. Es un bloque de acero cuya parte superior se corresponde con la parte externa de la chapa a obtener. Puede estar formada por una o varias piezas y formar un solo cuerpo con la base de sustentación, o bien ser independiente y atornillada a ésta. Para facilitar el doblado conviene hacer un pequeño redondeamiento en las aristas de entrada (detalle A). c) Elementos de posicionamiento o referencia. Estos elementos destinados a la colocación de la pieza a doblar pueden consistir simplemente en una hendidura o vaciado en la matriz, pero lo más corriente es que sean unas pequeñas plaquitas fijadas a la matriz mediante pasadores y tornillos, que siguen parcialmente el perfil de la pieza que se ha de doblar. Otras veces son simples pivotes. Si la pieza cortada tiene ya algunos agujeros, conviene tomar éstos como referencia, introduciéndolos en pivotes apropiados.
z Los dobladores que no son al mismo tiempo cortadores utilizan piezas cortadas de antemano; por tanto, reciben las piezas una a una, existiendo órganos de posicionamiento, pero no -generalmente- de paso de banda. z En los dobladores encontramos órganos que son iguales o muy semejantes a los homólogos de los cortadores. Otros, en cambio, presentan notables diferencias o simplemente no existen más que en los dobladores. No haremos en lo que sigue ninguna descripción especial Diversos sistemas de posicionamiento. © ITES-PARANINFO
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Herramientas para el conformado En la figura siguiente se pueden observar algunos ejemplos de piezas obtenidas con dobladores simples. Téngase en cuenta, sin embargo, que en los casos de las dos últimas, no es recomendable servirse de dobladores simples y conviene recurrir a otros tipos más perfeccionados.
Piezas que se pueden obtener con dobladores simples.
Los elementos elásticos a los que nos referimos pueden estar en la parte superior o en la inferior. En el primer caso, obran sobre la pieza antes de que las ataque el punzón y suelen servir exclusivamente para sujetar. En el segundo caso, aprisionan la pieza contra el punzón y la acompañan, sirviendo de ordinario también como expulsores. La forma de dichos elementos, en ambos casos, suele ser muy variada, pero no obstante, su fundamento es prácticamente el mismo que el de los elementos elásticos de las matrices de cortar, con la diferencia de que el recorrido (excepto que sean simples sujetadores) es mayor que en el caso de los cortadores y de ordinario han de hacer bastante más fuerza. La disposición de los muelles respecto del troquel es semejante también, en general, a la de los cortadores.
En la siguiente figura podemos ver cómo con un doblador muy simple se pueden obtener variados tipos de piezas.
Manera de obtener piezas distintas con un mismo doblador.
A continuación, vemos ejemplos de troqueles simples para arrollado de bisagras y piezas semejantes. Obsérvese la curvatura previa que conviene dar a la chapa. En el caso de la última pieza, desde luego hay que sacarla tirando o empujando lateralmente con un útil apropiado. Diversos tipos de expulsores y sujetadores.
Cabe observar que:
Tres tipos de curvadores para enrollar.
Es importante contemplar que, para evitar accidentes irreparables, es necesario que la colocación de las piezas en los dobladores -igualmente en su retirada- aunque se realice a mano, no se realice nunca con la mano, sino con unas pinzas, alicates o útil adecuado, según el tamaño, forma de la pieza y el troquel. Esta observación sirve para todos los tipos de troqueles, excepto, claro está, aquellos que tengan un sistema automático de colocación y expulsión de las piezas.
z No hay que confundir estos elementos elásticos que estamos tratando en este párrafo con los elementos elásticos que sirven para accionar las partes móviles del punzón y la matriz, que tienen por objetivo, conseguir efectuar el doblado o curvado en varias etapas. z A veces, los elementos de expulsión no son elásticos sino accionados por la misma prensa en el retroceso.
Pieza que se ha de curvar
Pieza curvada S y doblada
Troqueles con expulsores o sujetadores Como hemos dicho anteriormente, es imposible en muchos casos obtener una pieza correcta dejando simplemente libre la pieza. Por ello son necesarios casi siempre elementos elásticos. Estos elementos tienen por objeto alguna o varias de las siguientes funciones: z Sujeción de la pieza para obtener su posición exacta. z Prensado para evitar arrugas o malformaciones. z Acompañar a la pieza en su recorrido para evitar desviaciones. z Expulsión de las piezas dobladas.
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P
M
M
Troquel de curvar y doblar (doblador).
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Herramientas para el conformado En las figuras anteriores vemos dos ejemplos de troqueles con piezas matrices giratorias. En uno de ellos, la pieza móvil gira sobre un eje; en el otro, el eje lo constituye la misma pieza móvil, que es cilíndrica por su parte exterior. La vuelta a su posición primitiva se consigue con unos muelles, o simplemente con un contrapeso, para que la nueva carrera del punzón siempre encuentre a las piezas movibles en su posición correcta. Doblador con expulsor.
MAL
BIEN
Procedimiento incorrecto y correcto de hacer dos dobleces simultáneos en una chapa.
Troqueles de doblar con piezas matrices giratorias o basculantes Cuando se trata de doblar o curvar una pieza con una forma tal que el punzón no podría salir de la matriz, como sucede cuando la pieza forma un arco de círculo mayor de 180º, es preciso servirse de piezas móviles en el punzón o la matriz. Una de las soluciones más corrientes -para casos sencillos- es el de las piezas matrices giratorias, consistente en piezas postizas que basculan alrededor de un eje al bajar el punzón, terminando de dar la forma requerida.
Doblador con piezas matrices que giran sobre un eje independiente.
La salida de la pieza, que ha sido arrastrada por el punzón, se practica fácilmente a mano, en sentido horizontal, ya que, como consecuencia la recuperación elástica, queda sin ningún apriete.
Troqueles de doblar con piezas matrices deslizantes En este tipo de troqueles las piezas móviles de la matriz no tienen movimiento giratorio, sino rectilíneo, generalmente horizontal. La carrera de trabajo se produce por unos brazos empujadores semejantes a los que se vieron en los troqueles de cortar o por un sistema de palancas. La carrera de retroceso se realiza -según los casos- mediante los mismos brazos o elásticamente. En estos troqueles suele ejecutarse el doblado o curvado en dos tiempos: primero se elabora un doblez con la matriz como si ésta fuera de una sola pieza y luego se termina el doblado con las piezas deslizantes, como sucede en la matriz de enrollar de la figura.
Troquel de doblar con piezas deslizantes para enrollar.
A continuación, podemos observar otra variante de este tipo de troqueles. En ésta, el deslizamiento es inclinado para producir un efecto de cuña e ir cerrando las piezas móviles. El accionamiento se consigue mediante dos vástagos unidos al punzón, y la vuelta a la posición primitiva por medio de muelles (no representados en la figura).
Doblador con matrices que giran sobre sí mismas.
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Herramientas para el conformado
Doblador con punzón basculante.
Otro tipo de troquel con piezas deslizantes.
La vuelta de las piezas móviles a su posición primitiva se ejecuta por el mismo movimiento del troquel o mediante muelles, que no requieren mucha fuerza. Para troqueles pequeños de poca producción puede utilizarse un troquel con doble matriz, una superior y otra inferior, haciendo de punzón una pieza móvil manual.
Troqueles de doblar con punzón de doble o múltiple efecto Este tipo de troqueles es muy empleado cuando la pieza tiene varios dobleces. En ellos, el punzón está dividido en dos o más partes, que obran sucesivamente. Las partes que obran primero están situadas más hacia el exterior y una vez que han llegado al final de su recorrido, ceden elásticamente, quedando inmóviles, mientras bajan las otras partes del punzón, para completar la siguiente operación. Los muelles deben ser fuertes, puesto que tienen que soportar, sin ceder, todo el esfuerzo del doblado de la primera fase.
Pieza A
Combinación de dos troqueles para obtener tubos cuadrados (en series pequeñas).
Alimentación y expulsión de las piezas en los dobladores Como hemos visto en algunos casos, la alimentación de los dobladores suele hacerse a mano -que no con la mano-, colocando la pieza entre los topes de posicionamiento. Sin embargo, para gran producción es conveniente disponer de un dispositivo automático con un depósito y un mecanismo que va colocando en su sitio la pieza de cada golpe de prensa. El mecanismo se acciona por el mismo troquel al bajar o bien por la prensa.
Doblador de doble efecto.
En ciertos casos, el doble efecto se verifica cediendo elásticamente la matriz en lugar del punzón; otras veces el punzón es híbrido, esto es, que hace de punzón para la primera fase y de matriz para la segunda.
Otros tipos de dobladores De la misma forma que se pueden construir matrices con piezas móviles, también pueden ser necesarias para ciertos casos piezas basculantes o deslizantes en el punzón, aunque son menos corrientes.
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La expulsión de las piezas se puede realizar a mano, si la pieza ha quedado en el punzón, o bien por medio de un expulsor elástico cuando ha quedado en la matriz. Pero aun en este caso, es necesario retirar luego la pieza a mano, si no cae por su propio peso. Cuando la alimentación es automática puede disponerse también la expulsión automática, evitando así peligros para los operarios y para las piezas. En este caso, no bastan los simples expulsores elásticos, ya que la pieza cortada queda, de ordinario, entre el punzón y la matriz, sino que es necesario un dispositivo para mover de allí la pieza doblada. El procedimiento más sencillo para ello suele ser un chorro de aire comprimido que se suelta cada vez que sale una pieza, accionándose la válvula del aire por el mismo movimiento del troquel o de la prensa.
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Herramientas para el conformado
Troqueles mixtos de doblar y cortar Existen troqueles que consiguen al mismo tiempo doblar y cortar. Se pueden distinguir dos tipos: z En los que las dos operaciones se ejecutan en el mismo golpe de prensa, como el que se ve en la figura.
z Prensas mecánicas. z Prensas hidráulicas. z Prensas neumáticas. Las prensas mecánicas a su vez comprenden gran número de tipos diferentes de los que los principales son: prensas de volante y excéntrica, prensas excéntricas de rodilla, prensas de husillo manuales, prensas de husillo con discos de fricción. Entre las prensas hidráulicas son notables los siguientes tipos: de forja, lentas de embutido de grandes piezas, prensas hidráulicas rápidas. Según el tipo de alimentación se dividen en: z de alimentación manual. z automáticas o semiautomáticas.
Troquel de doblar y cortar.
z Los que realizan las operaciones en dos o más pasos distintos. Este segundo tipo se efectúa en troqueles de tipo sucesivo, cuya forma general es semejante a la de los troqueles de cortar. En este caso se parte de banda y el paso de banda se fija por los mismos dispositivos que ya se han expuesto.
Prensas En general las máquinas que se utilizan para el trabajo de la chapa se pueden dividir en tres grupos: z Máquinas de movimiento rectilíneo alternativo. z Máquinas de movimiento circular continuo. z Máquinas de movimiento basculante.
Por último, según el tipo de trabajo que realizan, pueden ser: z de simple efecto. z de doble o triple efecto.
Prensas mecánicas de excéntrica En las prensas mecánicas de excéntrica, un motor mueve un volante de peso proporcionado con la potencia de la máquina. Dicho volante acumula una cantidad de energía que cede parcialmente en el momento en que la pieza que se ha de cortar, doblar o embutir opone resistencia al movimiento. En el mismo eje del volante se dispone una excéntrica, que por medio de una biela acciona el carro que se desliza sobre unas guías. Sobre este carro se dispone, convenientemente sujeta, una de las partes del troquel. La otra parte se fija mediante bridas a una mesa. Volante Motor
Excéntrica Biela Carro
Guías
Troquel
Bancada
Prensa plegadora hidráulica. Cortesía H.J. de la Hija, S.A.
Al primer grupo pertenecen los diversos tipos de prensas, guillotinas, etc. Al segundo pertenecen las laminadoras, bordonadoras, etc.; y al tercero, algunos tipos de plegadoras de chapa. En lo que sigue nos referiremos solamente a las prensas, que son los tipos de máquinas que habitualmente se utilizan para accionar los troqueles y estampas.
Prensa de excéntrica.
En las prensas de excéntrica para trabajos con troqueles, el carro puede tener un movimiento vertical (prensas verticales), o bien se puede inclinar a voluntad con todo el cuerpo de la prensa (prensas inclinables), con la finalidad de facilitar la caída de las piezas resbalando por su propio peso, cuando así se requiera.
Clasificación Una prensa es una máquina capaz de proporcionar una fuerte presión aprovechando la energía acumulada con anterioridad mecánicamente o por medio de algún fluido. Generalmente trabajan por impacto en los trabajos de conformado de chapas y con presión continua en los trabajos de forja. Los tipos de prensa principales se pueden clasificar en tres grandes grupos según su sistema de accionamiento:
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Prensa de excéntrica vertical.
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Herramientas para el conformado Algunos tipos de prensas tienen un tercer movimiento que acciona un expulsor, y se llaman prensas de triple efecto.
Prensa de excéntrica inclinable.
Dentro de estos tipos de prensas existen numerosas variedades, según el tamaño y la potencia necesaria. La variedad más común es la de volante lateral, en la cual el eje principal va apoyado en dos cojinetes separados por la excéntrica. Otras prensas tienen el eje en dirección de atrás adelante y se llaman prensas frontales, otras son de gran tamaño con dos columnas (prensas de doble montante). En estas últimas, si el tamaño o la potencia lo exigen, puede haber más de una excéntrica para el movimiento del carro, actuando todas conjuntamente, o bien independiente unas de otras, cada una con un carro (prensas de tránsito) para producciones masivas, en caso de embutición múltiple de grandes piezas. Las piezas se van haciendo pasar -generalmente a mano- de un troquel a otro, que son del tipo de embutición directa.
En las prensas de excéntrica de simple efecto existe un solo carro. En las de doble efecto existen dos carros, uno interior a otro, y cuyo movimiento va retrasado respecto al exterior un cuarto de vuelta. El interior es movido por una excéntrica como las prensas de simple efecto y, generalmente, es el que mueve el punzón de embutir en los troqueles correspondientes. El exterior es movido por una leva que acciona sobre un cuadro llamado nuez y es el que acciona el sujetador, y en los trabajos de los troqueles coaxiales generalmente el cortador. De esta manera se puede ahorrar la construcción de los troqueles de doble efecto, algo más complejos y caros.
Muelle Nuez Excéntrica Biela
Prensa frontal.
Prensa de doble montante.
Leva Carro exterior Carro interior
Guías
Punzón Sujetador
Chapa a embutir
Semejantes a las prensas de excéntrica son las prensas de rodilla, en las cuales la biela no actúa directamente, sino por medio de un juego de palancas, que pueden dar una presión mucho mayor disminuyendo mucho la velocidad del carro en el momento de máxima presión.
Matriz
Mesa
Prensa de doble efecto.
Sujeción chapa
Retirada sujetador
Embutición
Expulsión
Secuencia de una prensa de doble efecto.
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Esquema de una prensa de rodilla.
Las prensas de excéntrica son las de uso más generalizado, utilizándose para casi todos los trabajos de matricería. Sin embargo, por no prestarse a un reglaje fácil y exacto de recorrido, presentan dificultades en los trabajos de embutición ciega (sin salida libre del punzón), puesto que un descuido en este reglaje puede tener graves consecuencias, como la rotura de los útiles y/o de la prensa.
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Herramientas para el conformado
Prensas de husillo Las prensas de husillo de accionamiento manual tienen muy poco rendimiento, pero en cambio prestan gran servicio en el taller para el ensayo de los troqueles en construcción. Las prensas de husillo a motor suelen ser del tipo de discos de fricción. En dicha prensa el husillo va unido a un volante dotado de una llanta recubierta de cuero o caucho (vulcanizado). Dos discos movidos por un motor accionan por frotamiento sobre el volante, alternativamente a voluntad. Al accionar la prensa, uno de ellos se acerca al volante y le comunica el movimiento de bajada, para efectuar el troquelado o la estampación; posteriormente el primer disco se retira y se acerca el otro, que le comunica el movimiento contrario para la subida del carro al que se fija la estampa superior.
Prensa hidráulica de triple efecto, para embuticiones Cortesía MHG. profundas (4.000 KN). Cortesía MHG.
Manual Por discos de fricción
Prensas de husillo.
En estas prensas, el embrague de los discos y, por tanto, la subida y bajada, son accionados por unos topes graduables. Sin embargo, el recorrido máximo de la estampa superior lo determina la resistencia del mismo trabajo, que frena el movimiento. Por ello, se emplean estas prensas sobre todo en trabajos de troquelado y estampado ciego, en los que se necesita que no sea la misma máquina la que dé el límite de profundidad.
Prensas hidráulicas Las prensas hidráulicas se mueven por presión de aceite. El líquido a presión empuja un émbolo, que a su vez oprime la pieza a forjar o embutir entre las dos partes de la estampa. En estas prensas, generalmente el aceite entra a poca presión, hasta que hace contacto la estampa con la pieza y luego, en la última fase, se aumenta la presión.
Generalmente son más lentas que las mecánicas y sólo se emplean para grandes piezas. También pueden ser de simple, de doble o triple efecto. Para embuticiones más pequeñas existen también las prensas hidráulicas rápidas.
Cojín hidroneumático Un mecanismo semejante a las prensas hidráulicas, pero que constituye un conjunto independiente y se puede aplicar a otros tipos de prensa, es el cojín neumático o hidroneumático. Consiste fundamentalmente en un depósito en el que se almacena aceite mantenido a presión por el aire que envía un compresor. Este aceite a su vez acciona un émbolo, que mantiene la presión en el sujetador del troquel, a través de un varillaje. Este sistema funciona muy suave como sujetador y extractor, pudiendo ejercer grandes presiones si así se desea, con una fuerza muy constante y casi independiente del recorrido, ventaja que lo diferencia mucho de otros sistemas elásticos. El impulso del punzón hace bajar el sujetador, pasando aceite del cilindro al depósito, y viceversa, cuando sube el punzón efectuándose la expulsión. Compresor
Depósito
Prensa
Aire Aceite
Esquema de prensa hidráulica.
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Cojín hidroneumático.
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Herramientas para el conformado
Alimentación de las prensas y expulsión de la pieza En las prensas, la alimentación de la chapa puede hacerse manualmente, pieza a pieza o en bandas según el trabajo, o automáticamente.
haber girado el disco 360º; en este momento la pieza se para y se sustituye la chapa trabajada por otra. La expulsión de la pieza puede estar prevista en la misma matriz, efectuarse por mecanismos de la misma prensa. En este último caso, la extracción de la estampa inferior puede efectuarse por un mecanismo de palancas o semejantes.
La alimentación automática se puede conseguir mediante accesorios acoplados al troquel o a la prensa, o bien, puede la misma máquina venir provista del sistema de alimentación. Los sistemas de alimentación automática más corrientes son los de rodillos, de pinzas, rotativos (de revólver) y de tensión de bucle, cuyos esquemas se pueden ver en las figuras siguientes. Rodillos de accionamiento
Rodillos de freno Troquel
Alimentación por rodillos.
Expulsión de la pieza por accionamiento mecánico acoplado a la prensa.
Pinza
Freno
Troquel Muelle
Alimentación por pinza. Freno intermitente
Arrollamiento continuo
Troquel
Otras veces la expulsión es hidroneumática del tipo de cojín hidroneumático. El sistema de extracción de la estampa superior, si no se efectúa por elementos elásticos del mismo troquel, es frecuentemente accionado a través de sus varillas extractoras por una pieza llamada cruceta, de la que suelen estar provistas las prensas de excéntrica. Para determinar el momento de la expulsión, la acción de la cruceta se regula por medio de dos topes ajustables por medio de tornillo y contratuerca.
Alimentación por tensión. Troquel Cruceta
Alimentador revólver
Alimentación por revólver.
El mecanismo de la alimentación automática puede ser directamente accionado por la prensa, o en algunos casos, formar parte del mismo troquel. Semejante a la alimentación rotativa de piezas es el caso -frecuente en la construcción de máquinas eléctricas- de la obtención de ranuras u orificios dispuestos simétricamente en un disco. En este caso la alimentación es manual; pero una vez colocada, la pieza gira automáticamente y en cada golpe de la prensa se efectúa una de las ranuras u orificios hasta
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Topes regulables
Sistemas de seguridad El trabajo en las prensas puede ser peligroso si no se han tomado de antemano las precauciones necesarias. No se puede confiar la seguridad a la prudencia del operario y a los buenos consejos; ni tampoco se puede exigir que esté atento al mismo tiempo a la eficacia del trabajo y a su seguridad personal; por ello, si la disposición de la prensa, troqueles y demás dispositivos no es tal que haga imposible un accidente, peligrará la integridad del operario y la cantidad y calidad de la producción simultáneamente, con daño para todos y sin ventaja para nadie. En la prensa, todos los mecanismos, volantes, engranajes, etc., que queden al alcance de la mano del operario que maneja la máquina o de otro cualquiera deben estar cubiertos.
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Herramientas para el conformado El troquel y sus alrededores no pueden -generalmenteestar totalmente cubiertos, porque se necesita acceso y maniobrabilidad, así como visión del trabajo; pero sí puede estarlo parcialmente, por medio de enrejados de tela metálica o varilla, de modo que dejen solamente el espacio necesario para introducir la banda o la pieza, sin que puedan entrar ni quepan las manos de los operarios. Estas protecciones pueden estar dispuestas, ya sea en el mismo troquel, ya sea en la prensa.
namiento, aunque sea momentáneamente, y al mismo tiempo sean lo suficientemente cómodos, fáciles de manejar y rápidos, para que no le entre la tentación de hacerlo ni para su comodidad ni para intentar aumentar la prima de producción. Los troqueles más peligrosos son, por lo general, los coaxiales y los de embutición directa, sobre todo, si son rápidos. En los primeros suele ser difícil disponer una protección alrededor. En los segundos habrá que recurrir a alguno de los tipos de bloqueo. Lo mejor, si se puede es hacer una protección doble, o sea, un enrejado y un bloqueo. Cuando la alimentación deba hacerse manualmente, habrá que disponer de una herramienta (pinzas, tenazas, un útil fabricado ex profeso, etc.), para colocación de la pieza en el troquel y, en su caso, para la expulsión y retirada de la pieza, para que las manos del operario no tengan que estar nunca entre las dos partes del troquel. Aun así, deberán disponerse de bloqueos necesarios.
Directamente en el troquel En la mesa de la prensa
En algunos trabajos de alimentación manual no es posible cubrir el troquel lo necesario para evitar accidentes. Otras veces las cubiertas protectoras deben ser retiradas momentáneamente para efectuar montajes, pruebas, etc. En estos casos se ha de recurrir a los bloqueos. Llamamos bloqueos a los dispositivos que impiden el funcionamiento de un mecanismo en ciertas condiciones o circunstancias. Pueden ser mecánicos, eléctricos o electrónicos. Los bloqueos mecánicos son de varios tipos. El más elemental es un dispositivo que necesita ser accionado con las dos manos para que la prensa pueda bajar.
Doble accionamiento de seguridad
Los bloqueos electrónicos son los más cómodos y eficaces, y funcionan por medio de una célula fotoeléctrica, única o en barreras. Si el rayo de luz que atraviesa la zona peligrosa no es recibido por el captador, ya sea por la interrupción de la mano del operario o por un cuerpo extraño, se disparará el mecanismo de seguridad y la prensa no podrá bajar. Así, disponiendo una o más células fotoeléctricas en el lugar o los lugares peligrosos se puede operar con seguridad. Este sistema es muy utilizado en las grandes prensas donde serían muy difíciles otros sistemas. Los bloqueos son casi necesarios si la colocación o la retirada de la pieza ha de realizarse manualmente, y completamente necesarios si ello es con la mano. Si la prensa debe ser manipulada en su interior sólo circunstancialmente, se podrán disponer de protecciones abatibles, que al abrirse accionan el mecanismo de bloqueo. Es necesario que los bloqueos -o cualesquiera otros dispositivos de seguridad- estén de tal manera proyectados y construidos que le sea imposible al operario inutilizar su funcio-
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Si la alimentación no deja otra alternativa que hacerla con la mano, se deberá extremar la seguridad de los bloqueos. Si, dadas las circunstancias, no fuese posible aplicarlos, habrá que buscar un procedimiento automático de colocación o expulsión, que aunque sea caro, siempre resultará más barato que un accidente. Los menos peligrosos suelen ser los troqueles con guía de punzones, pero aun así, pueden ser peligrosos si la distancia mínima entre el portapunzones y la guía es menor de 30 mm, o la distancia mínima del carro a la parte más saliente del sistema de sujeción inferior (bridas, tornillos, bases) es menor de 50 o 60 mm. Hay que procurar que no se den estas dimensiones, pero si se dan, hay que proteger el troquel con un enrejado o chapa perforada a propósito como antes se indicó, aunque sea de este tipo, en apariencia inocente. Algunas recomendaciones: z Al proyectar o montar prensas y/o troqueles no se prescinda nunca de las medidas de seguridad que hemos expuesto. z No se desconecten nunca los elementos de seguridad, ni para obtener mayor rapidez, ni por ningún motivo, porque las consecuencias pueden ser funestas. z Al montar o desmontar, ajustar, etc., troqueles no se opere jamás con la prensa en movimiento, porque en un descuido propio o ajeno puede dispararse la prensa y producir el accidente: párese siempre el motor, y preferiblemente desactívese la llegada del flujo eléctrico. z Téngase sumo cuidado, sobre todo con los troqueles coaxiales, principalmente si son de los que hay que alimentar pieza a pieza, y con los troqueles de embutición directa, especialmente si son rápidos. z Por principio hay que pensar que el accidente puede suceder incluso a operarios con muchos años de experiencia: lo que no sucede en diez años puede suceder en diez segundos. El descuido no suele provenir de distracciones previsibles, sino de la costumbre y la rutina del trabajo. Por tanto, hay que llevar las precauciones hasta los extremos máximos, aunque parezcan innecesarias: más vale un por si acaso que un quién lo hubiera pensado. z Los accidentes se suelen producir en los operarios principiantes poco instruidos, y en los que ya son expertos y han adquirido «demasiada» confianza con la máquina. z Son muy peligrosas las personas ajenas al proceso, que pueden distraer al operario incluso siendo compañeros de trabajo.
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta
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Contenido BLOQUE 1. Componentes soporte y desplazables z z z z
Introducción. Componentes. Bancadas. Guías.
BLOQUE 2. Componentes de potencia y transmisión z Introducción. z Motores. z Transmisión del movimiento. BLOQUE 3. Componentes de mando y anexos z z z z
Introducción. Mando eléctrico. Redes de engrase. Sistemas de refrigeración.
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta
Bloque 1. Componentes soporte y desplazables Introducción En este capítulo daremos un repaso a los medios internos y algunos externos de las máquinas herramienta, pero contemplando que en el capítulo 0 se encuentra un estudio comparativo de las distintas máquinas según los grupos establecidos permitiendo un conocimiento profundo y, a la vez, una interesente visión general de aquéllas, en lo que atañe a los órganos componentes. Aunque varíen sus formas y puedan forman parte de una determinada clasificación, todas las máquinas herramientas disponen de partes comunes; que es de lo que en este capítulo trataremos.
Componentes Agrupamos los distintos componentes de las máquinas herramientas en los siguientes bloques: z Soporte. Los que actúan como tales de todo el conjunto o parte y, por tanto, proporcionan correcto y sólido asiento a la máquina. Corresponden a este grupo: bancadas, bases, montantes, etc. z Desplazables. Generalmente se les identifica como carros y suelen apoyarse en las guías de los componentes soporte, aunque algunos se monten en otros carros o dispositivos. Sobre ellos, en las máquinas para el mecanizado de piezas prismáticas (p.ej. fresadora), suelen colocarse las piezas a mecanizar. z Potencia y maniobra. Suelen ser motores eléctricos de distintos tipos encargados de proporcionar, en forma y cantidad, la energía necesaria para la ejecución de los distintos mecanizados. z Transmisión. Sus funciones son las de transmitir o transformar el movimiento recibido de los componentes de potencia y maniobra. Abarcan todos los tipos: mecánicos, hidráulicos, neumáticos, eléctricos y electrónicos.
Partes principales de una mandrinadora Juaristi MDR-110-CF.
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z Mando y control. Destinados a gobernar y controlar, automática o manualmente, los distintos movimientos de las máquinas: giros de cabezales, posicionamientos de herramientas, desplazamientos de trabajo, etc. z Anexos. Aunque generalmente se les identifica como de segundo rango, debe reconocerse que también son necesarios, y en algunos casos hasta imprescindibles, como la refrigeración o los alimentadores de piezas.
Bancadas De vital importancia para el adecuado funcionamiento global de la máquina herramienta, las bancadas -también conocidas como bastidores- son los componentes de soporte más representativos. A partir de los requerimientos de rigidez e invariabilidad determinados por los cálculos de esfuerzos estáticos y dinámicos a soportar, dificultades en su mecanizado y montaje, criterios ergonómicos y, en algunos casos -aunque los menos- también factores estéticos, se establecen su forma y dimensiones.
Solidez La gama de resultados que se pueden producir por la falta de solidez de una bancada es amplia y variopinta, desde un mecanizado erróneo: malos acabados superficiales, incorrección en la geometría generada, etc., hasta la rotura de componentes desplazables y de transmisión. Puesto que las bancadas de las máquinas herramienta casi siempre están sometidas a esfuerzos compuestos: flexión y torsión, y visto el abanico de posibilidades que se generan por la falta de rigidez, los criterios para determinar las dimensiones y la forma de las bancadas se dirigen a restringir las deformaciones a su mínima expresión, por encima de la resistencia mecánica. Es por ello que la mayoría de bancadas tienen forma tubular cilíndrica o tubular rectangular y dotadas de rebordes o nervios longitudinales y transversales. La solidez de la bancada puede quedar mermada cuando se necesita disponer de una o varias aberturas en la misma, p.ej. acceso para el montaje de los distintos engranajes de un caja de velocidades. Para que dicha pérdida sea la mínima, se utilizan tapas reforzadas -mediante nervios- encajadas y atornilladas. Cuando no es viable la construcción de una bancada en una sola pieza porqué, p.ej. sus dimensiones o su posterior montaje así lo aconsejan, se construyen de varios módulos, que serán ensamblados mediante pasadores de referencia y fijados con los elementos de sujeción adecuados. Para que la máquina herramienta pueda disponer de buena solidez y estabilidad, el correcto y firme apoyo de la misma en su asiento es determinante. Dicho apoyo o fundación suele ser de hormigón con especificaciones adecuadas, bien vibrado y compactado; el asiento de la bancada sobre unas placas dispuestas a tal efecto (figuras siguientes), donde apoyan los casquillos roscados dispuestos para el nivelado, por cuyos centros suelen pasar los pernos empotrados que sirven para la fijación. Para montajes ligeros -especialmente maquinaria pequeña y de poca potenciatambién se utilizan apoyos elásticos, por sus buenos resultados y simplicidad en el montaje y posterior nivelación.
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta pondientes depósitos, también tienen su influencia. Por esta razón es conveniente el separar dichos depósitos de la bancada: el/los de los fluidos refrigerantes, de aceite en las máquinas con equipo oleohidráulico, etc.
Materiales y formas Actualmente, la fundición meehanítica de grano fino es el material que más se utiliza en la fabricación de bancadas para máquinas herramienta de precisión. Las razones para su uso son varias, he aquí algunas: z resistencia al desgaste y fácil mecanización, z gran dureza a través de tratamientos térmicos, proporcionando gran calidad a las guías que se mecanizan en la misma bancada, z posibilidad de obtener formas complicadas y cerradas por simple solidificación, sin ulteriores conformados. Cuando es necesario eliminar los costes de la fabricación de moldes que requiere la fundición, p.ej. prototipos o máquinas especiales únicas, y, si a su vez contemplamos una reducción de peso, la alternativa es la construcción mecano-soldada. La ingeniería que se aplica en el diseño de las máquinas, a la hora de determinar la forma más adecuada de la bancada, contempla cuestiones -entre otras- tales como: z características de los trabajos que debe realizar la máquina, z volumen y peso máximo de las piezas que se van a mecanizar, z evacuación de virutas y de refrigerantes, Detalles de sistema de apoyo de bancada para torno Géminis CNC 4 Plus. Gentileza de Géminis – Grupo Goratu.
z facilidad de acceso a los dispositivos montados en los carros y a los cabezales portaherramientas,
Estabilidad
z facilidad de: mecanizado, montaje y transporte de la bancada (cuando el tamaño de ésta es considerable, se construye en varios tramos).
Las variaciones que se pueden producir en las dimensiones -y consecuentemente en la geometría- de la bancada, debidas a fluctuaciones térmicas, por tensiones internas provenientes de la colada -en el caso de bancada fundida-, o por tensiones provenientes del proceso de soldadura -caso de bancada soldada- desembocarán en los mismos resultados que por la falta de solidez. Así pues, es necesario garantizar la estabilidad de la bancada, refiriéndonos con ello a la permanencia de la precisión dimensional y geométrica.
Su propósito es permitir y facilitar el desplazamiento de una pieza con relación a otra fija, asegurando su funcionamiento relativo, equilibrando todas las solicitudes que no sean aquellas que producen el movimiento y, garantizando la mínima pérdida de energía debida al rozamiento.
Por esta razón, es indispensable someterla a tratamientos térmicos -previos al mecanizado definitivo- p.ej. envejecimiento, que eliminen todo tipo de tensiones.
Las guías se desarrollan para permitir desplazamientos de movimiento rectilíneo o de traslación circular -movimiento curvilíneo-.
Aunque aparentemente inofensiva, una concentración de calor producida por la acumulación de virutas provenientes de un mecanizado, puede producir variaciones ocasionales que pueden llegar a ser importantes. Esta es una de las razones -entre otras- por la que es necesaria la refrigeración durante el mecanizado, especialmente los mecanizados pesados y/o duros.
Cuando la pieza móvil resbala sobre la fija, las denominamos guías deslizantes, y guías de rodadura cuando la pieza móvil se desplaza rodando sobre la fija.
Las variaciones térmicas de los fluidos que, cumpliendo con sus funciones circulan por la máquina hacia sus corres-
Obviamente, el deslizamiento de una parte sobre otra materializa la conducción del o de los elementos a través de ellas.
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Guías
Guías deslizantes
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta Para determinar la sección transversal de la guía se contemplan la dirección y magnitud de las fuerzas que actúan sobre ellas, sin olvidar los requerimientos de precisión en el deslizamiento y desplazamiento. También se tiene en cuenta: su proceso de mecanizado, posibilidad de lubricación y protección, espacio disponible, etc.
Cuando no es así, y también en construcciones mecanosoldadas, se utilizan guías postizas de acero -que cubra las especificaciones solicitadas- endurecido y rectificado, montadas en las ranuras dispuestas a tal efecto en el bastidor. El desgaste de las guías es directamente proporcional al aumento de la presión superficial. Por tanto, la presión media no debe ser muy alta, p.ej. en el caso de guías sin recubrimiento y lubricación por aceite, es aconsejable tomar como valor máximo 150 N/cm2. En máquinas de grandes dimensiones, en ocasiones, las guías disponen de uno o varios recubrimientos compatibles: antidesgaste y rayones, deslizante y/o lubricante, etc.
Circular
Plana Cola de milano
Guías de rodadura En las máquinas herramienta de grandes prestaciones: precisión, considerable cuantía de desplazamientos, gran tamaño y carga, etc., se emplean este tipo de guías.
Prismáticas
La guía circular es de ejecución sencilla y puede soportar fuerzas en todos los sentidos. Cuando se quieran utilizar para guiar un carro es imprescindible montar dos de ellas o bien ensamblar algún componente que impida el vuelco (lengüeta de ajuste o símil). La guía plana, también de fácil mecanización, puede absorber esfuerzos mayores, pero, para cuando se entrometan fuerzas laterales deben disponerse apoyos verticales que impidan el desplazamiento en este sentido. Las guías prismáticas soportan bien los esfuerzos oblicuos y, aunque su mecanizado es algo más complejo que las anteriores, son las que incorporan la mayoría de las máquinas herramienta. También necesitan de seguro contra el vuelco, por lo que para asegurar este cometido y, puesto que la conducción sobre dos guías prismáticas está excesivamente determinada no pudiéndose lograr un contacto perfecto de las cuatro caras, suele combinarse una guía prismática con una plana: la prismática recibe el esfuerzo de corte y la plana actúa de apoyo y seguro contra el vuelco. Aun cuando el menor desgaste en las guías prismáticas se registra en las de 45º, para soportar bien las cargas que se generan en los esfuerzos de corte, la cara activa se construye con una inclinación entre 15º y 30º. Las guías en cola de milano -al igual que las guías en doble V- son un buen soporte multidireccional que ocupa poco espacio. Su mecanizado también es algo complejo.
Material y construcción de las guías deslizantes A menos que no se requieran guías con características distintas a las que pueda proporcionar el material de la bancada, éstas son -puesto que forman parte del mismo bloque de material y se mecanizan en él- del mismo material que la bancada.
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Por su forma constructiva, ya sea con sistema de jaulas o de recirculación en circuito cerrado, disponen bolas, rodillos, agujas, o montajes mixtos con el fin de reducir las pérdidas por rozamiento. Para que puedan cumplir bien su cometido, es condición «sine qua non» que las guías tengan la dureza apropiada para que los cuerpos rodantes no dejen huellas impresas debido a las cargas. En caso de no poder garantizar la dureza necesaria, como opción «asequible» en ocasiones se intercalan bandas de acero endurecido.
con recirculación
con jaulas
Sistemas de guiado lineal - INA Iberia, s.l.
Ajuste del juego Todas las guías disponen de algún sistema para la regulación del juego con el objetivo de evitar -en la medida de lo posible- los desgastes que se producen a consecuencia del trabajo y, a su vez, poder restablecer las condiciones iniciales de funcionamiento. Prácticamente todos los dispositivos de ajuste del juego están fundamentados en la acción de una o varias regletas de ajuste de distintas secciones transversales, y de sección longitudinal cónica, que se introducen entre las dos partes de la guía p.ej. entre carro y bancada. Las caras de contacto presentan el mismo perfil y acomodo que la parte estática del conjunto guía, lo que aporta un ajuste absoluto en toda su longitud.
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta El acercamiento o alejamiento de las regletas se consigue mediante la acción de los tornillos que se encuentran repartidos a lo largo de la zona del carro, colocándose en el lado contrario al que actúa la fuerza de corte para que ésta afecte lo mínimo el ajuste.
etc. produce -en el mejor de los casos- un acelerado deterioro de las zonas de las guías con las que tienen contacto, desembocando en pérdida de precisión, agarrotamientos y un sinfín de anomalías que provocan pérdidas considerables. Con el fin de evitarlo, las partes móviles suelen disponer de unas protecciones telescópicas de plancha, esto es, que se extienden o contraen según los recorridos.
Bloque 2. Componentes de potencia y transmisión Introducción Regletas de ajuste.
Bloqueo de los carros El bloqueo de los carros es una opción de la que disponen la mayoría de las máquinas herramienta. Cierto es que no hay una exigencia de bloqueo para el desarrollo del mecanizado, ya que no se lleva a cabo de la misma manera en una máquina convencional que en una p.ej. de control numérico; aunque si es aconsejable -para poder garantizar la calidad del mecanizado- como pauta que: ya que durante el mecanizado se originan vibraciones que es necesario evitar, bloquear durante la ejecución aquellos que no se van a utilizar y deban permanecer en reposo. Los elementos de bloqueo más empleados: presión directa y acuñación, son bastante sencillos, pudiendo ser accionados de forma manual, o mediante actuadores neumáticos o hidráulicos, siendo éstos últimos los más habituales en máquinas de grandes dimensiones.
Los motores neumáticos e hidráulicos, ya sean rotativos o de movimiento lineal, aunque tienen un campo de aplicación cada vez mayor se destinan a operaciones de maniobra, utilizándose sólo -prácticamente- motores eléctricos de variados tipos como componentes de potencia. Los pares de arranque al igual que las potencias requeridas están en concordancia con las prestaciones y dimensiones de la máquina, presentándose oscilaciones compensadas y graduales para cada gama de trabajo, lo que proporciona una gran estabilidad en el funcionamiento continuo. Pero cuando los arranques y paros -en operaciones de corta duración por los requerimientos del mecanizado- son considerablemente habituales, provoca elevadas demandas en los sistemas de arranque y frenado. Las máquinas «antiguas» -y no estamos hablando muchos años atrás- utilizaban una fuente de energía común para accionar todos sus movimientos. Actualmente -salvando excepciones en algunas máquinas convencionales- esto ya no es así, cada movimiento o conjunto de movimientos automatizados de cada carro, cabezal, almacén de herramientas, etc., dispone de su propio motor.
Motores eléctricos Por su fácil montaje, reducido coste y seguridad de funcionamiento -entre otras razones-, los más utilizados son los asíncronos trifásicos. Sus partes fundamentales son: z estator o inductor: es un recinto cilíndrico formado por un bloque de chapas magnéticas, las cuales descansan en un soporte de fundición o aleación ligera (carcasa) y están provistas de ranuras para alojar las bobinas. z rotor o inducido: conectado normalmente en cortocircuito, es un cilindro formado por chapas compactadas sobre un núcleo de aluminio ensamblado sobre el eje motor.
Protección de las guías La entrada y posterior acomodación de virutas procedentes de los distintos procesos de mecanizado, partículas abrasivas,
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Con la aplicación en los extremos del bobinado (placa de bornes) de una corriente trifásica, se produce un flujo magnético que provoca en el rotor una fuerza electromotriz, la cual genera una corriente eléctrica en las barras de éste. Dado que si sobre un conductor por el que circula una corriente eléctrica en el seno de un campo magnético se genera una fuerza sobre el mismo, los conductores del rotor generan un par de
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta giros sobre el eje del motor siguiendo el flujo giratorio del estator, haciéndolo girar y transformando la energía eléctrica en mecánica. Adquiere gran importancia para el comportamiento del motor durante el arranque el tipo de conexión de las bobinas. Ésta puede estar en estrella (Y) o en triángulo (∆), simplemente variando la posición de los extremos de los conductores en la placa de bornes. La inversión del sentido de giro del motor se realiza mediante la permuta de dos fases cualesquiera. El número de polos del estator (2,4,6,8...) junto con la frecuencia de la red, determinan la velocidad del motor. Cuantos menos polos, menor velocidad. El desarrollo de convertidores de frecuencia para motores de corriente alterna ha dado lugar a una menor utilización de los motores tradicionales de corriente continua. En la actualidad, los tipos de motores más empleados en las máquinas herramienta son: z Brushless: sin escobillas. Es un motor de corriente continua en el que se ha sustituido el colector por un dispositivo electrónico. Se monta en máquinas que requieran grandes pares y aceleraciones. z Paso a paso: se utilizan para el posicionado preciso. z Corriente continua controlado por servomecanismos: permiten un control de velocidad y posicionamiento preciso.
rotóricas, manual o automáticamente, mediante sistemas temporizados. Para condiciones de bajo par de arranque se utiliza la eliminación de resistencias estatóricas. El arranque por autotransformador sólo se aplica para potencias superiores a 80 kW. Los motores de corriente continua de mediana y elevada potencia deben arrancarse con ciertas precauciones p.ej. intercalando una resistencia variable (reóstato de arranque).
Frenado de motores Existen varios sistemas de frenado para los motores eléctricos, pero actualmente, tanto los asíncronos de corriente alterna como los de corriente continua, la mayoría utilizan el sistema de frenado electromagnético. Su funcionamiento está basado en la acción de un electroimán que mantiene los dos discos de freno separados mientras el motor está funcionando. Cuando cerramos la corriente, se desactiva el electroimán y uno de los discos de frenado es impulsado por un resorte y presiona muy fuertemente al disco gemelo montado sobre el eje motor, lo que provoca el frenado. También en los motores de corriente continua se recurre al frenado reostático, que consiste en: cortar la alimentación del inducido y conectar el motor a los bornes de una resistencia. De esta manera, la velocidad de frenado se regula maniobrando el reostato. Un sistema un poco más rudo es el frenado por contracorriente, invirtiendo el sentido de la corriente de alimentación. No siempre se controla el aumento de la intensidad absorbida mediante una resistencia incluida en el circuito.
Arranque de motores
Uso de los motores
Cuando se requiere cierta potencia, el sistema utilizado habitualmente para el arranque es el llamado estrella-triangulo (Y-∆). Radica en conectar el motor en estrella durante un período breve con el fin de reducir la intensidad de la corriente absorbida -puesto que de realizarse directamente sería entre 5 y 7 veces superior a la nominal- para cuando el motor ya está impulsado, pasar a la conexión en triángulo, quedando de esta forma las fases vinculadas a la tensión de la red.
Para el movimiento de los husillos principales de las máquinas herramienta, es imprescindible que el motor encargado de ello sea capaz de proporcionar de forma continua y estable la potencia requerida para el corte, tanto a baja como a alta velocidad de giro. A su vez, como no, mantener estable la velocidad de giro en cualquier posición de su gama de velocidades.
Los motores asíncronos de baja potencia del tipo «jaula de ardilla» admiten arranque directo. Los asíncronos de rotor bobinado se arrancan por eliminación de resistencias
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En los movimientos de avance, cambios de herramienta, alimentación, etc., los motores deben poder ser capaces de grandes aceleraciones y deceleraciones, administrando una amplia gama de velocidades y siendo muy estables en cualquiera de ellas.
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Motores neumáticos e hidráulicos En las máquinas herramienta, dentro del conjunto de los movimientos de avance, alimentación y alguna maniobra, es donde se encuentra más aplicación a los motores lineales o actuadores lineales (cilindros) de estos tipos. Sin embargo, los rotativos tienen aplicaciones muy concretas. Ya se ha comentado en otros párrafos anteriores el requerimiento de estabilidad en los movimientos de avance, lo cual, los actuadores neumáticos de por si no pueden garantizar debido a la alta compresibilidad del aire. Es por ello que deben incorporar un sistema hidráulico de regulación que permita el avance regular de la unidad. Actualmente, algunos equipos y en instalaciones concretas ya no requieren del componente hidráulico. En el caso de los actuadores hidráulicos no se presenta este inconveniente, por lo que se puede sincronizar el movimiento entre ellos fácilmente. Al mismo tiempo, se obtienen altas potencias en pequeños montajes debido a las altas presiones de trabajo.
por lo que es impensable exponerlos aquí. Básicamente, la función del acoplamiento es la de transmitir el movimiento de un eje a otro, sin variar el sentido de giro ni la velocidad de rotación. Actualmente no se puede afirmar que en las máquinas herramienta un acoplamiento es más utilizado que otro, puesto que en muchos casos es el montaje combinado de más de un tipo de ellos. Así nos podemos encontrar embragues típicamente mecánicos y de accionamiento manual, accionados electro-hidráulicamente o por un sistema electromagnético, etc.
Transmisión simple Está formada por dos ejes interrelacionados por dos elementos transmisores (ruedas dentadas, poleas, etc.), conductor y conducido respectivamente. conductora
conducida
Aunque para el uso de estos sistemas se requiere la instalación de una red completa (compresores, bombas hidráulicas, calderines, depósitos, conexiones, etc.) para cada tipo de sistema, la utilización de actuadores neumáticos o hidráulicos siempre proporciona una ventaja: el ahorro en los costos de fabricación y mantenimiento debido a la simplificación de algunos mecanismos.
Transmisión del movimiento
Se denomina relación de transmisión i a la existente entre la velocidad de giro del eje conductor y la del eje conducido; eso es:
En las máquinas convencionales, la energía que sale del motor se transmite a los receptores finales mediante lo que conocemos como cadena cinemática. El trayecto es el siguiente: el movimiento generado por el motor pasa a la caja de velocidades -ya sea directamente mediante un eje que recibe el movimiento de una polea, o indirectamente a través de un sistema de embrague- y mediante las combinaciones de engranajes pasa al husillo principal, donde en el extremo del mismo está montado p.ej. un plato universal de garras en el caso de un torno, o un eje porta fresas en una fresadora. A su vez, y por otro camino que toma el movimiento desde la caja de velocidades, se conduce éste a una caja de avances, de donde sale dando movimiento a unos ejes que, mediante otros mecanismos de transformación p.ej. husillo-tuerca, acabará en el carro portaherramientas o en la mesa de la fresadora, logrando así un avance sincronizado. Cierto es que la gama de componentes de transmisión es inmensa, por lo que su estudio completo es más propio de otros ámbitos. Sin embargo, y desde un punto de vista muy generalista, a continuación presentamos algunos de los más utilizados.
Acoplamientos Existen infinidad de tipos de acoplamientos: rígidos, articulados, elásticos, mecánicos, electromagnéticos, hidráulicos, etc.
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i=
n1 n2
Puesto que la velocidad de giro es inversamente proporcional al diámetro de la polea o al diámetro primitivo de la rueda dentada, en éste último caso evidentemente al número de dientes. Así pues, tratándose de una rueda dentada, queda como sigue: d1 z1 i = -= -d2 z2
Transmisión compuesta Cuando una transmisión tiene dos o más pares de ruedas conductoras y conducidas se le conoce como transmisión compuesta. Si observamos las figuras que siguen, se plantea:
i1 =
n n1 ; i2 = 3 n2 n4
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta Por lo que n6 =
n1 i
=
600 0,6125
= 979,5918 ≈ 980 min − 1
Introduciendo una rueda intermedia -entre una conductora y una conducida-, no modificamos la relación de transmisión, simplemente cambiamos el sentido de giro de la conducida. Algunos mecanismos de inversión del movimiento están basados en este sistema, conocido como de balancín. conductora
conducida
intermedia
Entre tanto, n2 y n3 son iguales puesto que su eje es común; luego: n1 n3 i1 × i2 = -× --; n2 n4
n1 i1 × i2 = -n4
Denominando i a la relación existente entre la primera rueda conductora y la última conducida, se deduce: n1 i = i1 × i2 = -n4 Si generalizamos: z2 × z4 × z6 × ...zw i = i1 × i2 × i3 × ...ix = ----------z1 × z3 × z5 × ...zw-1 O lo que es lo mismo, en una transmisión compuesta, la relación de transmisión total i está supeditada a la relación entre el número de vueltas de la primera rueda conductora n1 y el de la última rueda conducida nw n1 nconductora i = -= ----nw nconducida Veamos un ejemplo: ¿Cuál será la velocidad de giro de la rueda dentada nº 6 de la figura, si la primera conductora gira a 600 min-1 (rpm)? Si aplicamos la fórmula, obtendremos 30 × 35 × 70 73.500 --- = 0,6125 i = --------- = --40 × 50 × 60 120.000 z1 = 40 n1
z3 = 50
z5 = 60
z2 = 30 z4 = 35
n6 z6 = 70
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Sistema de balancín para inversión del sentido de giro.
Inversión del sentido de giro También existen otros sistemas mecánicos para realizar la misma función que el mecanismo de balancín: z De correas planas. El movimiento sale de un tambor que lo transmite a dos poleas libres -montadas sobre el eje receptor- que giran en sentido contrario entre ellas debido al cruzamiento de una de las correas planas. Mediante el desplazamiento -alternativo- de cada correa sobre una polea solidaria al eje mediante chaveta, se produce el cambio de sentido deseado. Este sistema era empleado en muchas de las máquinas antiguas que recibían la fuerza motriz a través de un «embarrado» que distribuía el movimiento a todas las máquinas del taller. z Por discos de fricción. Este mecanismo fue utilizado en cierto tipo de prensas de husillo. El husillo vertical A lleva en su extremo un disco B que puede rozar a voluntad con los discos del eje inversor E, desplazable axialmente y cuyo sentido de rotación es siempre el mismo; según intervenga el disco C o D, el sentido de giro de A varía.
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Cambio de velocidad por engranajes Podemos modificar la velocidad de rotación del eje conducido, desplazando el piñón doble que está montado en el eje conductor, así pues, en lugar de engranar z1 con z3, será z2 quien engrane con la rueda z4. Indudablemente la relación de transmisión i se ha modificado.
z Por rueda intermedia. Su funcionamiento se fundamenta en la puesta en acción -mediante un sistema posicionador o un embrague-, de una rueda intermedia. La relación de transmisión de este conjunto es la misma que la del tren simple, por lo que sólo se modifica el sentido de giro. z De piñones cónicos. Ampliamente utilizado en las fresadoras universales para los movimientos de la mesa. Montados en el husillo longitudinal se encuentran dos piñones cónicos que giran libremente; el embrague dentado, accionado por una palanca es solidario con el husillo y puede acoplarse a voluntad con dichos piñones, transfiriendo el movimiento desde el piñón al husillo, girando éste en el mismo sentido que el piñón.
En las máquinas controladas por CNC, estos sistemas de inversión de giro han desaparecido, puesto que el proceso se gestiona electrónicamente y se materializa cambiando directamente el sentido de giro de los motores, ya sea del husillo principal, ya sea de los husillos de avance de los carros.
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En ocasiones se opta por desplazar la chaveta y mantener fijos los engranajes. Se realiza mediante un mecanismo selector que coloca la chaveta desplazable en el chavetero de la rueda seleccionada. Naturalmente, las demás ruedas girarán locas.
Otro sistema representativo de cambio de velocidad por engranajes es la combinación de piñón desplazable y balancín, siendo la caja de avances -tipo Norton- de un torno un ejemplo. La velocidad del husillo depende de la posición del balancín, que obliga al piñón intermedio z1 a engranar con una de las ruedas del conjunto escalonado. Así pues, el movimiento pasa del piñón z2 a z1 y de éste al cono de ruedas que es solidario con el husillo.
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta correspondiente alineada, puesto que de lo contrario la correa acabaría rompiéndose. Cono-polea conductor
Husillo
Entrada del movimiento
Gama de velocidades (escalonado) Cono-polea conducido
El diseño de un cambio de velocidad escalonado presenta -lógicamente- el problema de la disyuntiva en la selección de la gama idónea. Tiene fácil comprensión si estudiamos las velocidades de corte que precisa, por ejemplo un torno. Para mantener una velocidad de corte óptima de manera constante en cualquiera de los diámetros -mecanizando un mismo material, las posibilidades de variación del número de revoluciones para el husillo de la máquina se hace incalculable. Sabemos que esto no es viable mediante el cambio de velocidad por engranajes, puesto que existe una limitación entre dos valores extremos. Así pues, partiendo de dos velocidades de corte Vcmáx. (máxima) y Vcmín. (mínima), que determinan el campo de la velocidad económica para cierto tipo de material, se puede establecer también dos valores nmáx y nmín, es decir:
π × d × nmáx Vcmáx = ------1.000
y
π × d × nmin Vcmin = ------1.000
Cajas de engranajes Su objetivo es la modificación de la relación de transmisión entre un árbol de entrada y otro de salida mediante la participación de diferentes combinaciones de engranajes, fijos o móviles.
Caja de velocidades simple Suele estar compuesta por dos ejes, conductor y conducido. Las ruedas dentadas z4, z5 y z6 están fijas al eje conducido, mientras que el piñón múltiple z1, z2, z3, puede desplazarse lateralmente por el eje conductor ocupando tres posiciones. La posición 1 permite el engrane de z1 con z4; la posición 2 engrana z2 con z5 y, por último, la posición 3 corresponde al engrane de z3 con z6. Evidentemente el eje conducido girará a diferentes velocidades, según la relación de transmisión de los piñones que estén engranados.
Este problema, en las máquinas de producción controladas por CNC, queda solventado mediante un regulador (potenciómetro) que actúa sobre el motor, aumentando o disminuyendo el número de vueltas para mantener la velocidad de corte constante en cada momento. A este proceso se le conoce como variación continua de la velocidad. Los cambios de velocidades por conos de poleas escalonadas, por su sencillez y eficacia también son un sistema bastante empleado. Es muy habitual en algunos modelos ligeros de taladradora. Suponiendo dos conos de poleas escalonados -conductor y conducido, y recordando que la velocidad de giro es inversamente proporcional al diámetro de la polea, se puede establecer que la velocidad de salida más rápida será la resultante de combinar d1 con d2, y la más lenta, la resultante de la combinación entre d7 y d8. Claro está que estos tipos cono-polea no permiten otra posición de correa entre ranuras que con la
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta Caja de velocidades compuesta
z Cargas axiales de naturaleza excéntrica, contrarrestadas por la reacción P´ y por las reacciones radiales p’1 y p’2.
Algo más compleja que la anterior, en este caso se compone de cinco ejes y trece ruedas dentadas. Tal como se puede ver en la figura, monta tres piñones múltiples y desplazables que permiten variar la velocidad de rotación del eje de salida, pudiendo disponer de 9 velocidades distintas.
z Cargas radiales equilibradas por las reacciones n’1 y n’2. Estas cargas producen flexión.
Ejes o husillos principales El eje o husillo suele ser el último elemento de la cadena cinemática, por dónde sale el movimiento al final de su trayectoria desde el motor. Soporta la pieza o la herramienta y le comunica el movimiento de corte o avance. Consecuencia de los requerimientos de su trabajo gira con gran regularidad en unos apoyos de precisión que absorben los esfuerzos -estáticos y dinámicos- que se producen durante el mecanizado. La deformación del husillo abarca la suya propia más la que soportan los apoyos.
z Cargas radiales equilibradas por las reacciones f’1 y f’2. Estas cargas producen flexión y torsión en el husillo.
Esfuerzos que soporta el husillo del cabezal Las acciones que soporta el husillo se localizan fundamentalmente en dos zonas: en la nariz o cabeza del mismo y a lo largo del cuerpo. En la nariz actúa el peso de la pieza y el de los útiles portapiezas, el esfuerzo de corte y, ocasionalmente, las fuerzas centrífugas producidas por masas excéntricas o mal equilibradas. En el cuerpo del husillo se aplican las fuerzas o pares transmitidos por los componentes motrices. Las reacciones de los apoyos deben equilibrar todas las demandas de esfuerzo directamente aplicadas, diferentes a un par, que actúen sobre el eje de rotación; es decir: z Cargas axiales.
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Para ilustrar los casos enunciados consideremos el husillo de un torno -figura siguiente-, donde podemos observar las distintas cargas y reacciones.
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta
Reducción de las deformaciones del husillo Para reducir al máximo las deformaciones del husillo se recurre a diversas soluciones constructivas tales como: z Reducir al máximo el vuelo de la nariz. z Disponer de apoyos intermedios para el husillo. z Descargar al husillo de las cargas de flexión producidas por los componentes motrices (poleas, ruedas dentadas...) mediante apoyos independientes. z Elegir materiales de gran calidad, con la selección adecuada y bien tratados. en cuanto a los métodos de trabajo: z Trabajar con la herramienta lo más próxima a la nariz del husillo. z Apoyar la pieza o la herramienta mediante el punto o la luneta. z Mantener equilibradas las masas en rotación.
Junto al rodamiento radial suelen montarse dos rodamientos de bolas (2) y (3) para cargas axiales, precargados por medio de muelles, que eliminan el juego axial. z Apoyo trasero. Suele disponer de un rodamiento (4) de rodillos cilíndricos -de una o dos hileras- y/o cónicos. También suelen montarse rodamientos de bolas de contacto angular. z Apoyo intermedio. No es de aplicación habitual por las dificultades que conlleva su correcta ejecución, aunque es imprescindibe en maquinaria pesada.
Tuerca ajuste rodamiento
Soporte trasero
Rodamientos y cojinetes de fricción Los husillos que están sometidos a cargas elevadas y que giran a velocidades mayores a 1.000 min-1, se montan sobre rodamientos de rodillos -cilíndricos y cónicos- de gran precisión. Los rodamientos de bolas se utilizan en aplicaciones con otras características y para absorber los esfuerzos axiales. Los cojinetes -que no rodamientos- de fricción, normalmente autoajustables, se usan -aunque cada vez menos- para esfuerzos radiales por sus buenas cualidades, especialmente para la absorción de vibraciones.
Montajes característicos en husillos Es prácticamente imposible hablar de normas comunes para el montaje de los apoyos de los husillos de las máquinas, aunque si se comtemplan unas pautas generales.
Gentileza de FAG Española S.A.
En las máquinas de precisión, p. ej. rectificadores, los órganos de transmisión no apoyan directamente en el husillo, de esta forma no recibe los inadecuados esfuerzos de flexión.
z Apoyo delantero. Es el que recibe los mayores esfuerzos. Suele ser un rodamiento de rodillos cilíndricos de doble hilera (1) y asiento interior cónico, de tamaño relativamente grande. Recibe las cargas radiales más importantes. 3
2
1
Gentileza de SKF.
Mecanismos de avance Para que se produzca el mecanizado por arranque de viruta ya sabemos que son necesarios dos movimientos: el de giro (o corte) y el de avance, éste último puede ser continuo -movimiento de corte circular- o discontinuo -corte rectilíneo alternativo. Para proporcionar este movimiento casi siempre se emplean sistemas mecánicos o hidráulicos. Algunos mecánicos son: Gentileza de FAG Española S.A.
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z de tornillo y tuerca,
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta z de husillo con empaquetadura de bolas (en muchas máquinas está sustituyendo al anterior, como vimos en el capítulo 0), z de piñón-cremallera, z de leva.
Tornillo y tuerca Mediante una tuerca -fija o partida, con posibilidad de acoplamiento mediante un dispositivo apropiado- ensamblada en el elemento que se desea mover, transforma la rotación de un husillo roscado en un desplazamiento lineal. Aunque su empleo es dentro de la gama de pequeñas velocidades, la potencia que puede transmitir es bastante elevada, p.ej. eje de roscado en un torno convencional.
Tipos de leva.
Rueda dentada y cremallera Dependiendo de las necesidades, en ocasiones la cremallera está fija y al girar la rueda se desplaza el elemento móvil p.ej. desplazamiento del carro principal durante el cilindrado en un torno, y en otras es al revés; esto es, la rueda está fijada en su centro y al girar, la cremallera que va unida al órgano móvil se desplaza; éste es el caso de la cepilladora o del husillo de la taladradora. Este mecanismo permite la transmisión de potencias medianas y grandes. En bastantes ocasiones, la rueda dentada está vinculada a un mecanismo reductor, como puede ser una corona y un tornillo sinfín.
Algunos tipos de leva.
Como aplicación representativa mencionaremos los tornos automáticos de levas: la ejecución de los movimientos de las herramientas, así como los auxiliares.
Accionamiento hidráulico El campo de actuación del desplazamiento mediante actuadores hidráulicos queda delimitado a cuando la precisión de posicionamiento del elemento a desplazar es relativa. Las formas habituales de montaje son: cilindro fijado a la carcasa y el vástago unido al elemento a desplazar o bien al revés.
Mecanismo de piñón-cremallera para una taladradora.
Cuando la longitud del desplazamiento es muy larga se emplean varios sistemas. Uno de ellos es el que se conoce como sistema multiplicador de carrera: dos cilindros acoplados. La entrada en el cilindro inferior se produce a través del émbolo fijo, lo que origina el desplazamiento del bloque que contiene los dos cilindros sincronizados. Dicho desplazamiento se suma al de la mesa, producido por el cilindro superior, que se alimenta a través de los conductos procedentes del cilindro inferior.
Leva La forma y la velocidad de rotación que ésta tenga determina el avance o desplazamiento que se desarrolla. Puede utilizarse directamente o en combinación con palancas que pueden modificar la carrera proporcionada por el desarrollo de la leva.
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Medida de los desplazamientos Puesto que para mecanizar piezas con cierta precisión necesitamos conocer en todo momento las medidas, es primordial en las máquinas herramienta disponer de un sistema
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta de medición de los desplazamientos efectuados. En función de la precisión, la medición de los desplazamientos se realiza según distintos procedimientos. Algunos de ellos son:
Regla graduada Es el sistema de medición del desplazamiento más elemental. La regla se ubica en la parte fija de la máquina y suele estar numerada en milímetros. En la parte móvil se monta un índice -a veces un nonio- que permite leer un valor. A este valor se le debe restar el de la posición inicial o de salida, de manera que el resultado o diferencia de lecturas es el desplazamiento neto.
Tambor graduado Es el sistema mecánico de medición del desplazamiento más generalizado. Se basa en el empleo de un tambor graduado asociado a un mecanismo de tornillo y tuerca. Al igual que con la regla graduada, la medición realizada tampoco es de lectura directa, por lo que es necesario conocer el valor que corresponde a una vuelta del tambor -que es el paso del husillo- y el de cada división del mismo. Entonces, para calcular el desplazamiento multiplicaremos el valor correspondiente por el número de vueltas dadas y le añadiremos la fracción de vuelta leída con ayuda de las divisiones del tambor. Contemplando que por cada vuelta del husillo la tuerca se desplaza -junto con el elemento desplazable- el valor del paso P, el desplazamiento que corresponde a una división del tambor será el resultado de dividir el paso entre el número de divisiones. Si, además, como suele ser habitual, el tambor incorpora un nonio en la parte fija de la máquina, la apreciación del mismo resultará de dividir el valor de una división entre el número de divisiones del nonio.
Tambor graduado con tornillo y rueda sinfín Para conseguir aumentar la precisión alcanzable suele incorporarse un mecanismo de corona y tornillo sin fin, solución adoptada en las rectificadoras cilíndricas para controlar el movimiento transversal de la mesa y/o del cabezal, y del descenso del cabezal en las planas. En el eje del tambor D se incorpora un sin fin C que engrana con la corona A, solidaria al husillo roscado B por medio de una lengüeta de ajuste. Al mover la corona A gira también dicho husillo, y la tuerca E se desplaza junto con el elemento F que corresponde p.ej. al cabezal. Si prestamos atención a la figura, podremos comprobar que a una vuelta del sin fin C le comunica un desplazamiento al elemento F que se corresponde con una fracción del desplazamiento P -correspondiendo el valor de P al giro completo de la corona del sin fin-.
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Regla graduada con lector óptico El sistema de lectura óptica es muy utilizado en máquinas que requieran lecturas de gran precisión. Su base constructiva es una regla graduada de precisión y un lector óptico, cuya misión es interpolar el valor de la lectura entre dos divisiones de la regla. El lector óptico es una pequeña caja provista de una lámpara cuyos rayos inciden sobre la regla. Convenientemente redirigidos sobre un retículo móvil, se hace coincidir la proyección del trazo con dos marcas paralelas que lleva el retículo, maniobrando una corona exterior. Dicha corona dispone de una graduación circular en la que cada división corresponde a 0,01 mm. Si nos ayudamos del nonio podemos leer hasta 0,001 mm. Retículo Soporte del retículo Prisma óptico Regla graduada
Lámpara
Visualizador electrónico de cotas Basado en su precursor llamado de lectura incremental, la mayoría de las máquinas actuales incorporan este sistema. Básicamente se estructura en la medida de la variación de la intensidad luminosa reflejada por una regla finamente graduada y que permite apreciar desplazamientos del orden de 0,001 mm. Compuesto por una regla -aunque ahora de otros materiales, inicialmente de acero- con múltiples trazos impresos por vía fotoeléctrica, con una separación mínima entre sí por ejemplo 0,01 mm y, una cabeza lectora que emite impulsos eléctricos a la menor variación de la intensidad luminosa -producida ésta por una lámpara que ilumina los trazos opacos de la regla-. Estas señales eléctricas, pasan a una unidad visualizadora en cuya pantalla se reflejan los valores numéricos de la lectura.
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta El funcionamiento del tope de tambor está basado en el mismo que el anterior pero con un campo de actuación mayor, puesto que sus seis, ocho, diez... varillas roscadas brindan otros tantos topes de referencia por simple giro del tambor que lleva el dispositivo. Suele ser parte integrante de serie en los tornos paralelos y formando parte del conjunto revólver de los tornos así denominados.
Visualizadores electrónicos de cotas.
También existen otros procedimientos: utilización de bloques patrón, corrección de la lectura del tambor, etc.
Indicadores de posición Cuando es necesario repetir muchas veces algunas operaciones se impone el uso de elementos que delimiten la trayectoria de los elementos desplazables (carros, husillos, etc.) con el objetivo de obviar la continua lectura de los desplazamientos efectuados. Los indicadores de posición o topes de recorrido son muy eficaces para este cometido. Cuando ya hemos determinado la trayectoria que debe realizar el elemento desplazable, colocamos en posición el tope adecuado, encargándose éste de la detención en dicha posición invirtiendo acto seguido el sentido de giro o de desplazamiento, reiniciando un ciclo, etc.
Veamos un ejemplo de su utilización: se trata de mecanizar distintos diámetros de diversa longitud. Así pues, apoyamos el lateral del carro principal contra una de las varillas una vez terminado el mecanizado del primer diámetro, fijando la posición de aquélla mediante una contratuerca. A continuación, retiramos el carro principal y giramos 1/6 de vuelta el tambor, mecanizamos el segundo diámetro y procedemos a situar y fijar otra varilla de la misma forma que en el paso anterior; y así vamos procediendo de la misma manera hasta completar el mecanizado de la primera pieza. Cuando todas las varillas que necesitamos estén situadas y fijadas correctamente podemos iniciar sin problemas el mecanizado de la serie, empleando la varilla correspondiente para cada diámetro. Soporte Tambor
Tuerca bloqueo
Topes
Actualmente podemos encontrar una vasta gama de tipos: mecánicos, electromecánicos, electrohidráulicos, neumáticos, electrónicos o cualquier combinación entre ellos.
Topes mecánicos El tope regulable de contacto, empleado en muchas taladradoras para la determinación de la profundidad del cajeado o de la salida de la broca, es el modelo más elemental.
Uno de los topes mecánicos muy utilizado es el que interrumpe el avance automático de las mesas de las máquinas. Tope fijado en la mesa
Testigo accionamiento
Avance mesa
Palanca de accionamiento del sentido de avance de la mesa
Topes electromecánicos Suelen ser elementos mecánicos, mecanizados en forma de pivote o cuña y de posición ajustable que accionan finales de carrera eléctricos. Aunque inicialmente su campo de aplicación eran las máquinas semi-automáticas, actualmente podemos contemplarlos en prácticamente todo tipo de máquinas.
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta
Cadena cinemática La integran toda la variedad de elementos y conjuntos que transmiten el movimiento desde el origen motriz hasta los órganos receptores de una máquina. De igual forma, también es habitual referirse a una parte determinada de dicha transmisión aunque, en este caso, lo propio sería puntualizar de qué se trata, p. ej. la cadena cinemática del conjunto de avances en una fresadora vertical. Suele representarse gráficamente mediante esquemas con cada uno de sus componentes, y para ello se utiliza una simbología determinada. Es recomendable su estudio para quien vaya a utilizar una máquina por primera vez, puesto que permite conocer en profundidad el funcionamiento de la misma.
mada oportunamente por un elemento intermedio- llega al actuador que desarrolla el movimiento deseado. Como ejemplo, veamos lo siguiente: en la puesta en marcha de un motor, el pulsador de arranque es el emisor; el circuito eléctrico y el contactor son elementos intermedios y finalmente el motor es el actuador o elemento de trabajo. Según la naturaleza de los elementos que lo componen, los sistemas de mando pueden ser: mecánicos, neumáticos, hidráulicos, eléctricos, o lo más habitual, una combinación de ellos entre sí. Su estudio específico -de los sistemas neumáticos, hidráulicos y electrónicos- se realiza en el módulo Programación de sistemas automáticos en fabricación mecánica.
Mando eléctrico Generalmente -entre otras razones porqué es norma- las instalaciones de mando eléctrico funcionan a baja tensión (12 o 24 V), alimentándose de un transformador reductor intercalado que recibe la corriente de alimentación de la red. La seguridad de utilización que proporciona es la principal cualidad de la baja tensión. Aunque cada vez son más escasas, todavía podemos encontrarnos con máquinas que la maniobra funciona a la tensión de la red. Las instalaciones eléctricas de las máquinas herramienta abarcan: accionadores, elementos de maniobra, elementos de protección, elementos de señalización y actuadores o motores.
Elementos de accionamiento El conjunto de dispositivos más utilizado en el mando manual es el siguiente: pulsadores, interruptores, selectores o conmutadores y potenciómetros para mando automatizado o semi-automatizado. z Pulsadores. Son los de uso más generalizado. Se componen -básicamente- de un mecanismo de accionamiento (en este caso, pulsador) y uno o más bloques de contactos. Según los modelos y fabricante, a veces incorporan una placa indicadora de su función. Su función es abrir o cerrar un circuito. Cabezal universal de fresar para mandrinadora Juaristi MDR-110 CF.
Bloque 3. Componentes de mando y anexos Introducción
Pulsador rasante.
Al principio del bloque 1 de este capítulo -después de la introducción- ya expusimos que los componentes de mando y control son los que permiten controlar, automática o manualmente, los movimientos que realiza una máquina herramienta.
z Interruptores. Disponen dos posiciones estables puesto que su función es abrir o cerrar un circuito de forma permanente.
La estructura de la cadena de mando y control es la siguiente: desde un elemento emisor parte una señal que -transfor-
z Selectores o conmutadores. Según su funcionamiento también pueden considerarse interruptores. Su campo
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta de aplicación es amplio, pero generalmente se utilizan en aquellos casos en los que es necesario establecer contactos de forma permanente o conmutaciones de dos o varios circuitos alternativamente. Se construyen de uno o más bloques de contactos, un mecanismo de accionamiento y un sistema de enclavamiento.
Redes de engrase Para un funcionamiento ajustado y adecuada conservación de las máquinas es de vital importancia el engrase de las mismas. En los manuales de funcionamiento y mantenimiento de todos los fabricantes de máquinas es un punto importante, donde aparecen con gran detalle los puntos de engrase, el tipo o la naturaleza del lubricante y la frecuencia de engrase (habitualmente horas de trabajo). Debido a la compleja variedad de movimientos que se desarrollan durante el funcionamiento de las máquinas herramienta, y para poder atenderlos adecuadamente, suelen coexistir varias redes de engrase:
Selector de manecilla con enclavamiento.
Este conjunto de elementos, cuando se sitúan en una máquina herramienta, suelen agruparse en las «botoneras» dónde una inscripción indica su cometido. Algunos, p.ej. el paro de emergencia, es característico por su forma (tipo seta) y color (rojo).
z en los puntos de movimiento de giro lento se emplean engrasadores de alimentación externa para aceite o para grasa -en ambos casos con bola de obturación, aunque todavía podemos encontrar del tipo Stauffer para grasa, z en las guías de los carros se emplea aceite, suministrado con frecuencia por el engrase manual -mediante aceitera- realizado por el operario, por una bomba manual o por un sistema centralizado automático con temporización, z en las cajas de engranajes suelen utilizarse dos sistemas: - engrase por baño de aceite, - engrase forzado por bomba de aceite.
Botonera
En el segundo de los sistemas, el aceite almacenado se aspira con una bomba a través de un filtro, para ser impulsado por los conductos de distribución hasta las ruedas dentadas y los rodamientos de los diversos ejes de los que se encuentran en el interior de la caja.
Elementos de señalización Su función es informar al operario de distintas opciones: puesta en marcha o parada del motor, accionamiento del eje de la máquina, posicionamientos rápidos, cambios de herramientas, etc. así como de las averías que se produzcan en o durante el funcionamiento de la máquina. Los más empleados son los de tipo luminoso, aunque también se emplean acústicos mediante timbres o sirenas: bajo nivel de aceite en la central de engrase. Esquema puntos de engrase torno SP-200. Gentileza Pinacho-Metosa.
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Medios internos y externos de las máquinas herramienta
1. Engrase engranajes 50230-001 y 50204-003. 2. Engrase engranajes 50205-006 y 50204-006. 3. Engrase engranajes 50204-005 y 50205-007. 4. Engrase rodamiento 3. 5. Engrase rodamiento 4. 6. Engrase rodamiento 6. 7. Engrase rodamiento 5. 8. Engrase rodamiento 7. 9. Engrase rodamiento 1 y 2 mediante inmersión a nivel. 10. Visor ciclo engrase.
Circuito de engrase del cabezal de un torno Géminis CNC 4 Plus. Gentileza de Géminis – Grupo Goratu.
Bombas de engrase manual
suficiente caudal y la suficiente presión en un sistema transfer, centro de mecanizado, célula de fabricación flexible, etc. Cada vez más, la tendencia es la última que hemos mencionado, puesto que con las velocidades de corte con las que se mecaniza, la dureza de algunos materiales, etc. el factor refrigeración es casi imprescindible. En las máquinas de cierta envergadura, además de la razón que ya hemos expuesto referente a las oscilaciones térmicas, el depósito del fluido suele ser externo al cuerpo de la máquina, pero construido de forma que a la vez sirve de bandeja recogedora del líquido.
Bomba de engrase manual.
Sistemas de refrigeración
Claro está que cualquier sistema de refrigeración que se precie, incorporará sus sistemas de decantado y filtraje para que el líquido sea reutilizable y no tenga ninguna consecuencia ni para el operario, ni para la máquina y las piezas que en ella se mecanicen.
La gama de sistemas para la refrigeración del corte en las máquinas actuales es amplia; esto es, desde la clásica bomba aspirante, sumergida dentro del depósito del fluido con más o menos caudal que expulsa a través de un conducto -habitualmente flexible- direccionado hacia la zona de corte, hasta centrales de presión bastante potentes, para suministrar el
Todos los depósitos, externos o incorporados, deben disponer de un sistema de acceso para la limpieza interior. Estos depósitos, al igual que los circuitos, necesitan unas limpiezas «bacteriológicas» regulares, para poder garantizar la no corrupción del líquido de refrigeración, ya sea mediante aditivos correctores o disoluciones.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
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Contenido BLOQUE 1. Verificación de las máquinas-herramienta z z z z z z z z z
Introducción. Normas para consulta. Consideraciones generales. Tolerancias. Estado de la máquina Pruebas prácticas. Verificaciones geométricas. Controles especiales. Instrumentos de verificación.
BLOQUE 2. Pautas para la verificación de las máquinas-herramienta z z z z
Introducción. Tornos paralelos de uso general. Precisiones complementarias relativas a la rectitud de guía. Fresadoras. z de cónsola con mesa de altura variable. z de mesa de altura fija. z Rectificadora cilíndrica de exteriores. z Placas (mesas) porta-piezas.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Bloque 1. Verificación de las máquinas-herramienta Introducción Aunque el título de este capítulo pueda interpretarse como «los distintos sistemas para regular los elementos móviles de las máquinas», entendemos que para poder regular bien cualquier máquina-herramienta, mediante alguno de los miles de sistemas con los que nos podemos encontrar, ya sea previamente, durante o después de cualquier proceso de producción por mecanizado, es necesario que la máquina cumpla con una serie de requisitos. Las máquinas-herramienta a las que nos referimos son del tipo no portátil durante el trabajo, accionadas por una fuente exterior de energía y que permite el mecanizado del metal y otros materiales no férreos por arranque de viruta. Es por ello que el contenido no se ajusta -desde la otra interpretación- al título. Discernimos que lo realmente importante es saber cómo verificar estas máquinas-herramienta, para posteriormente poder establecer estos parámetros de regulación cuando se requiera. Nos referiremos a una serie de condiciones técnicas a contemplar, así como pautas a seguir para la verificación de estas máquinas-herramienta -algunas de las más representativas-. En estas pautas se plantean verificaciones geométricas y pruebas prácticas.
Consideraciones generales Conviene establecer una diferencia entre definiciones geométricas y lo que se entiende por definiciones metrológicas: z La definición geométrica es abstracta y se refiere únicamente a líneas y superficies inmateriales, por lo cual presenta dificultades de aplicación a veces insuperables. No tiene en cuenta las realidades de la construcción ni las posibilidades de verificación. z La definición metrológica tiene un carácter concreto, porque se basa en líneas y superficies accesibles a la medición englobando en un mismo resultado todos los defectos micro y macrogeométricos. Permite obtener resultados que reúnen las distintas causas de error sin hacer su discriminación, cuyo análisis se deja al constructor.
Tolerancias En la aplicación de las tolerancias, no se debe tener en cuenta el error de los patrones (calas, patrón, discos de referencia, etc.), ni las inexactitudes de las mediciones de comparación hechas en el laboratorio de metrología: tampoco se deben tener en cuenta la inexactitud de forma de las partes de la máquina utilizadas como superficie, de medida, ni las enmascaradas por los palpadores y superficies de apoyo de los instrumentos de medición.
Entendemos por verificaciones geométricas, las correspondientes a las dimensiones, formas y posiciones de los distintos órganos de la máquina, así como a sus desplazamientos respectivos. Abarcan todas las operaciones de verificación que afectan a dichos órganos, tales como: planicidad de superficie, coincidencia e inserción de ejes, paralelismo y perpendicularidad entre ellas, de líneas rectas y superficies planas, etc. No conciernen, sin embargo, más que a las dimensiones, formas, posiciones y desplazamientos relativos susceptibles de influir en la precisión de trabajo de la máquina.
La desviación efectiva es la media aritmética de varias mediciones, sin tener en cuenta las causas de error mencionadas anteriormente.
Las pruebas prácticas consisten en la ejecución de piezas tipo, con dimensiones y tolerancias determinadas, relacionadas con operaciones fundamentales para las que la máquina ha sido concebida.
Subdivisión de las tolerancias
Normas para consulta Para la ampliación del contenido de este capítulo, así como para la constatación de lo que aquí se refiere, se puede consultar una serie de normas «oficiales». Éstas son: z ISO 230/1-1.986 y/o UNE 15-300-89: Código de verificación de las máquinas-herramienta. z UNE 4-040: Tolerancias para piezas lisas, hasta 500 mm. Sistema ISO. z UNE 15-007: Conos para herramientas. Conos morse y métrico, interior y exterior. z UNE 15-008: Acoplamientos cónicos para husillo de conicidad 7/24. z UNE 82-308: Niveles de burbuja. z UNE 82-310: Comparadores de cuadrante.
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Deben elegirse como bases de referencia líneas o superficies bien definidas en la máquina, como: la línea de puntos de un torno, el husillo de una mandrinadora, la guía de una cepilladora. El sentido de la tolerancia debe definirse previamente.
Tolerancias aplicables a las piezas de ensayo y a las partes fijas de las máquinas-herramienta Tolerancias de dimensiones Se refieren exclusivamente a las cotas de las piezas de ensayo de las pruebas prácticas y a las cotas de montaje de las herramientas, así como de los instrumentos de verificación susceptibles de ser montados sobre la máquina (cono de husillo, orificios de torreta). Estas tolerancias limitan las desviaciones admisibles con relación a la cota nominal. Deben expresarse en unidades de longitud. Las tolerancias de dimensiones interiores y exteriores de las partes cilíndricas o prismáticas deben indicarse de acuerdo con las prescripciones de la norma UNE-4-040. En particular, se deben indicar las diferencias o utilizar los símbolos:
85 +− 00 ,, 00 10 27 o 85 j6
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Tolerancias de forma Limitan las desviaciones admisibles con relación a la forma geométrica teórica como: desviaciones con relación a un plano, a una recta, a un cilindro de revolución, a un perfil de rosca o dentado. Deben expresarse en unidades de longitud o de ángulo. Según la dimensión de la superficie de contacto del palpador o de los soportes, se pone en evidencia solamente una parte del error de forma. En el caso de exigencias especiales de precisión, se debe especificar la magnitud de la superficie del palpador.
Prácticamente, los defectos locales son imperceptibles por el hecho de que las superficies de apoyo o de palpado de los aparatos de medida los recubren. Cuando las superficies de palpado son pequeñas -palpadores de un comparador o de un microindicador- es preciso que la medición se haga de forma tal que el palpador siga una superficie de gran calidad: regla de medición, mandrino de control, etc.
Tolerancias acumuladas o tolerancias globales
En general, la superficie del palpador debe ser proporcional a la precisión y la magnitud de la superficie a verificar, esto es: un mármol de metrología y la mesa de una cepilladora de grandes dimensiones no se controlan utilizando la misma superficie de palpador.
Son las que constituyen el resultado de varias desviaciones, pudiendo determinarse ésta resultante con una sola medición, sin que sea necesario conocer cada una de las desviaciones parciales.
Tolerancias de posición
La tolerancia del salto radial de rotación de un eje es la resultante de la tolerancia de forma -falta de circularidad del círculo de palpado a b -, de la tolerancia de posición -no coincidencia del eje geométrico y del eje de rotación del árbol- y de la precisión de giro del cojinete.
Las tolerancias de posición limitan las desviaciones admisibles en la posición de un órgano, con respecto a una línea, un plano u otro órgano de la máquina. Se deben expresar en unidades de longitud o de ángulo.
a
Cuando una tolerancia de posición está definida por dos medidas en dos planos diferentes, la tolerancia debe fijarse con respecto a cada uno de ellos cuando las desviaciones con relación a los mismos influyen de modo diferente en la precisión de trabajo de la máquina.
b
Al determinar una posición con respecto a superficies que tienen errores de forma, es necesario tenerlos en cuenta para la fijación de las tolerancias de posición.
Estado de la máquina
Tolerancias locales En relación con las tolerancias de forma y de posición, se indica, en general, una tolerancia referida al conjunto de la forma o de la posición como en el caso de una rectitud o una planicidad, 0,03/1.000. Conviene observar que la verificación puede hacer desaparecer una desviación no repartida sobre el conjunto de la forma o de la posición, sino concentrada en una pequeña longitud –por ejemplo: 200 mm-. Si se quieren excluir estos defectos, que en la práctica aparecen muy raramente, hay que completar la tolerancia global con la indicación de una tolerancia local, o admitir, por simple convención, que la tolerancia local sea proporcional a la tolerancia global, sin que pueda descender por debajo de un mínimo a precisar como la centésima o la media centésima de milímetro. En el caso citado, relativo a una rectitud, el defecto local no debe, en estas condiciones, exceder de: 0,03 × 200 / 1.000 = 0,006 mm Basta verificar, si se ha convenido que el mínimo a respetar para el tipo de máquina en cuestión es la centésima de milímetro, que el defecto local no supera esta cantidad.
Defecto repartido
Defecto localizado
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De un modo general, será preciso atenerse a las instrucciones del fabricante, tanto para la puesta a punto de la máquina como para la realización de las fundaciones convenientes, que en ciertos casos son indispensables.
Estado de la máquina antes de la verificación En principio, las verificaciones deben efectuarse con la máquina completamente terminada. Excepcionalmente, y de acuerdo con el constructor, procede el desmontado de ciertos órganos de la misma como el desmontado de la mesa de una rectificadora para el control de las guías.
Calentamiento previo de ciertos órganos Lo que se desea verificar es la precisión de la máquina en condiciones tan próximas como sea posible a las de funcionamiento normal desde el punto de vista de la lubricación y temperaturas. Tanto durante las verificaciones geométricas como durante las pruebas prácticas, los órganos, husillos especialmente susceptibles de calentarse y, como consecuencia, susceptibles de cambiar de posición o de forma, deben someterse a un calentamiento previo por medio del funcionamiento en vacío de la máquina, de acuerdo con las condiciones de utilización y con las indicaciones del fabricante.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Funcionamiento y carga
Verificaciones geométricas
Las verificaciones geométricas deben efectuarse sobre la máquina en reposo o funcionando en vacío, y cuando el constructor lo especifique, y especialmente en el caso de máquinas de gran capacidad, se debe cargar con una o varias piezas de ensayo.
Para controlar la rectitud de una línea pueden emplearse varios sistemas, entre otros los que utilizan aparatos ópticos. Los más corrientes son con autocolimador -medida de inclinaciones- y por medio de un anteojo -medida de desniveles-.
Pruebas prácticas
Rectitud
Las pruebas prácticas deben efectuarse sobre piezas cuya ejecución no comprenda otras operaciones que aquellas para las cuales ha sido construida la máquina. Destinadas a juzgar la precisión de la misma, dichas operaciones deben corresponder a trabajos de acabado.
Tolerancia
El número de piezas que se deben fabricar, o el número de pasadas sobre una pieza dada, deben ser los necesarios para que resulte posible determinar la precisión media del trabajo realizado, teniendo en cuenta, si fuera preciso, el desgaste de la herramienta. La clase de piezas que se han de fabricar, sus dimensiones, su material, la precisión que se ha de obtener y las condiciones de corte, deben ser objeto de un acuerdo entre el constructor y el usuario, salvo si existen ya prescripciones fijadas por los organismos encargados de la normalización (ISO, UNE, etc.).
Verificación de las piezas de las pruebas prácticas La verificación de las piezas obtenidas en las pruebas prácticas debe ser efectuada con la ayuda de instrumentos de medición elegidos en relación con la clase de medición que se ha de efectuar y con la precisión requerida para ello.
La tolerancia de rectitud de una línea es la desviación máxima admisible con respecto a la recta de referencia que une los extremos de la línea a verificar. Debe precisarse la extensión de medición, es decir, la longitud a controlar, y eventualmente la posición de la tolerancia con respecto a la recta (o al plano) de referencia. En la mayoría de los casos, se puede despreciar las partes muy próximas a los extremos, que presentan generalmente defectos locales sin importancia.
Rectitud de órganos Las condiciones de rectitud para un órgano son las mismas que las establecidas para una línea. Los órganos considerados especialmente en este apartado son las guías de las máquinas-herramienta.
Procedimientos de medición
Las tolerancias consideradas anteriormente son aplicables a estas verificaciones.
Los procedimientos de medición aplicables a las guías planas son: medición con regla, medición con nivel, medición con autocolimador y medición con hilo tenso.
Importancia de las pruebas prácticas
En el caso de guías con forma de V se puede utilizar un nivel apoyado sobre un cilindro o sobre una pieza intermedia adaptada a la forma de la guía. d
Los resultados de las pruebas prácticas y de las verificaciones geométricas no pueden ser comparados más que como dos clases de ensayos que tienen el mismo fin. Puede haber casos en que, por razones económicas o por dificultades técnicas para llevar a cabo los ensayos, la precisión de una máquina se verifique únicamente por verificaciones geométricas o únicamente por pruebas prácticas. Fuente luminosa
M
Anteojo
Espejo móvil Micrómetro ocular a
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Control de la rectitud del desplazamiento de los carros de torno
También se puede utilizar un dispositivo especial que permita: z el control longitudinal de las guías: -
por medio del nivel para la rectitud en el plano vertical (superficies de apoyo), por medio de hilo tenso y microscopio para la rectitud en el plano horizontal;
z el control transversal por medio de nivel (superficies de apoyo). Las verificaciones correspondientes a las rectitudes de desplazamiento se reducen a controles de paralelismo o de perpendicularidad.
Este control, en la práctica, no se efectúa más que en el plano que contiene al eje geométrico del husillo y a la punta de la herramienta, coincidente con el horizontal, salvo en el caso de los tornos con bancada inclinada.
Desplazamientos hasta 1.600 mm Se debe utilizar un cilindro rectificado montado entre puntos. Un comparador, situado sobre el carro en el emplazamiento de la herramienta, se desplaza en contacto con la generatriz del cilindro que corresponde a la trayectoria de la punta de la herramienta en una operación de cilindrado. Previamente se habrá regulado el contrapunto de tal manera que las indicaciones del comparador sean iguales en ambos extremos.
Control con regla y comparador
Sobre esta generatriz debe hacerse una primera lectura, y a continuación una segunda girando el cilindro 180º. A continuación, se monta el cilindro en sentido inverso a como estaba, repitiéndose las dos operaciones precedentes. La media de las cuatro lecturas permite eliminar las posibles diferencias debidas a las imperfecciones del cilindro.
Se debe fijar un comparador sobre el órgano móvil de la máquina, y deslizar su palpador a lo largo de la regla que materializa la recta de referencia.
Planicidad Para su control por medio de nivel, el plano de referencia se determina por dos rectas omX y oo’Y, en las cuales los puntos o, m y o’ pertenecen a la superficie a controlar.
d
d o o’
A A’
o’’
A
m
Cuando el órgano móvil es un portaherramientas, el comparador debe montarse de tal manera que su palpador ocupe, aproximadamente, el lugar donde la herramienta establece contacto con la pieza en el funcionamiento normal de la máquina. De esta forma, se tiene en cuenta que las trayectorias de todos los puntos del órgano móvil no son paralelas, debido a que, por irregularidades en las guías, o en el mecanismo de accionamiento, al movimiento principal de traslación pueden superponerse movimientos de giro secundarios. Por la misma razón, el accionamiento del órgano móvil debe efectuarse de la manera prevista para la marcha normal de la máquina.
Control con microscopio e hilo tenso En el caso de desplazamientos importantes, la recta de referencia puede materializarse con un hilo de acero firmemente tenso. El comparador se sustituye por un microscopio y las desviaciones se leen directamente sobre la escala del retículo.
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C
M
m’
M’
m’’
M’’
X
B
Y
Las rectas oX y oY se eligen preferentemente en ángulo recto y a ser posible paralelas a los lados que delimitan la superficie a controlar. El control se inicia en uno de los ángulos o de la superficie y en el sentido de la longitud oX. Se determina el perfil de cada una de las líneas oA y oC, y a continuación se determina el perfil de las líneas longitudinales oA´, o”A”, ... y CB, cubriendo así la totalidad de la superficie. Los controles anteriores pueden completarse con otros sobre mM, m´M´, etc., que permiten contrastar las mediciones precedentes. Cuando la anchura de la superficie es importante en relación con su longitud, es interesante, además, efectuar mediciones según las diagonales.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Control con procedimientos ópticos Las rectas oX y oY, que definen el plano de referencia, están determinadas por el eje óptico de un anteojo en dos posiciones de éste, a 90º aproximadamente. Se opera de igual forma que para la rectitud de una línea.
En estas condiciones, la verificación del paralelismo se puede realizar en una posición cualquiera del husillo, repitiéndola después de un giro de 180º. La media algebraica de las dos lecturas dará el error de paralelismo en el plano considerado. También se puede llevar el mandrino a la posición media A, llamada «posición media de salto radial de rotación», efectuándose el control en esta sola posición. El primer procedimiento resulta tan rápido y más preciso que el segundo.
Paralelismo En todas las verificaciones de paralelismos referentes a ejes, éstos deben estar materializados por superficies cilíndricas de gran precisión en su forma, con un acabado conveniente y con una longitud suficiente. Si esta superficie no existe en el husillo, o si es interior y no permite el empleo de palpadores, se debe utilizar una superficie cilíndrica auxiliar en forma de mandrino de control. La fijación y centrado de este mandrino deben efectuarse en el extremo del husillo o en el agujero cilíndrico o cónico destinado a alojar la herramienta o el dispositivo de sujeción de piezas. Al fijar un mandrino de control en el husillo para materializar un eje de rotación, debe tenerse en cuenta la imposibilidad de centrarlo exactamente en el eje de rotación. Al girar el husillo, el eje de dicho mandrino describe un hiperboloide (o una superficie cónica, si este eje y el de rotación se encuentran) y presenta dos posiciones extremas B y B´ contenidas en el plano de verificación.
El término «posición media de salto radial de rotación» debe interpretarse de la siguiente manera: el palpador de un instrumento de medida toca la superficie cilíndrica de la pieza que materializa el eje de rotación en el plano de verificación. Se observan las indicaciones del aparato de medición haciendo girar lentamente el husillo. Éste se encuentra en la posición media de salto radial de rotación cuando se le detiene al ocupar la aguja una posición media entre los dos extremos de su recorrido.
Paralelismo de dos planos El instrumento de medición se fija sobre un soporte dotado de un pie plano y se desplaza sobre uno de los planos en la extensión especificada. El palpador se desliza a lo largo de la otra superficie.
B’ A B
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Paralelismo de un eje a la intersección de dos planos
Coincidencia o alineación
El instrumento de medición se fija sobre un soporte cuya base tiene la forma conveniente para apoyarse en los dos planos considerados. El instrumento se desplaza la extensión requerida a lo largo de la recta de intersección. El palpador se desliza a lo largo del cilindro que materializa el eje. A ser posible, el control debe realizarse en dos planos perpendiculares, elegidos de tal modo que correspondan a los planos más importantes en el funcionamiento de la máquina.
Dos rectas o dos ejes se consideran en coincidencia o alineados cuando, midiendo su distancia en varios puntos de una extensión de medición determinada, tanto en magnitud como en posición, dicha distancia no sobrepasa un valor dado. La extensión de medición puede estar situada sobre la longitud efectiva de las líneas o sobre su prolongación.
Paralelismo de la intersección de dos planos a un tercer plano
El aparato de medición fijado sobre un brazo efectúa una rotación de 360º alrededor de un eje, explorando con el palpador una sección dada A del cilindro que materializa el segundo eje. La variación de la indicación del aparato representa el doble del error de coincidencia. Esta exploración se hará en las dos secciones extremas A y B de la extensión de medición. El mayor de los errores de coincidencia representa el error de alineación.
El control debe efectuarse deslizando el palpador del aparato de medición a lo largo del tercer plano. El plano de medición se determina orientando el palpador del instrumento de medición perpendicularmente al plano.
Procedimiento de medición
V
Equidistancia La expresión equidistancia se refiere a la distancia de los ejes a un plano de referencia. Hay equidistancia cuando el plano que pasa por los ejes es paralelo al plano de referencia. Puede tratarse de ejes diferentes o de un mismo eje que ocupa diversas posiciones como consecuencia de un pivotamiento.
A
B
H
Si se desea determinar los errores en dos planos específicos como en los planos H y V, se anotarán separadamente las variaciones con respecto a cada uno de ellos. Es indispensable utilizar montajes rígidos, especialmente en el caso de ejes horizontales. Cuando se exija una gran precisión, deben emplearse simultáneamente dos comparadores decalados 180º, con el fin de eliminar la influencia de las flexiones: o bien, un soporte cuya flecha, para una carga doble del peso del comparador, sea despreciable. En general, se emplearán comparadores de muy poco peso.
Tolerancia La desviación admisible en la distancia no debe estar precedida de signo y, en general, debe aplicarse a todas las direcciones paralelas al plano de referencia. Si la diferencia se admite en un solo sentido, éste debe ser especificado: eje 2 más bajo que eje 1.
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Como la dirección de la medición durante la rotación varía en relación con la gravedad, debe tenerse en cuenta la sensibilidad del aparato con respecto a la fuerza de la gravedad. Cuando uno de los ejes es de rotación, el brazo soporte del comparador puede montarse sobre el mismo. Si dicho comparador debe girar alrededor de un eje fijo, se le dotará de un casquillo con juego mínimo. Dicho casquillo tendrá suficiente longitud para evitar que su juego pueda falsear las mediciones.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Si los dos ejes son de rotación, el cilindro que debe ser explorado se llevará a su posición media de salto radial de rotación en el plano de control.
Perpendicularidad Para comprobar la perpendicularidad de dos planos, se coloca una escuadra de medición sobre uno de los planos. El paralelismo de su brazo libre al otro plano se verifica de acuerdo con las indicaciones dadas para el control del paralelismo.
Plano II
180º
Plano I
180º
Se recomienda dar una forma cilíndrica al brazo libre de la escuadra, para poder encontrar la distancia más corta desplazando lateralmente el comparador.
Perpendicularidad de un eje a la intersección de dos planos
El paralelismo entre su brazo libre y el plano se controla en dos direcciones perpendiculares conforme a lo indicado para el control del paralelismo.
Cuando se trata de un eje fijo, se utiliza una escuadra de medición, cuya base tenga forma adecuada, y se apoya sobre el cilindro que materializa el eje. El paralelismo de su brazo libre a la intersección de los dos planos debe verificarse de acuerdo con las indicaciones dadas para el control de paralelismo.
Eje de rotación Eje de rotación Montando un comparador sobre un brazo fijo al husillo y eliminando el juego axial mediante un empuje conveniente en este sentido.
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Se monta un comparador sobre un brazo fijo al eje, con su palpador en contacto con un prisma de medición que descansa en los dos planos que forman la intersección. Se hace girar media vuelta al eje, desplazando el prisma para que el palpador toque en el mismo punto del prisma.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Perpendicularidad de una trayectoria a un plano Se coloca sobre el plano una escuadra de medición. El paralelismo entre la trayectoria y el brazo libre de la escuadra debe verificarse en dos direcciones perpendiculares.
Perpendicularidad de la intersección de dos planos a un tercer plano Se emplea una escuadra de medición o, eventualmente un comparador, dotada de una base apropiada que le permita apoyar sobre los planos que forman la intersección.
Perpendicularidad de una trayectoria a un eje Una escuadra de medición con base adecuada se apoya sobre el cilindro que materializa el eje. Si el eje es de rotación, el mandrino de control que lo materializa se llevará a la posición media de salto radial de rotación en el plano de verificación. En el caso particular de un husillo de cabezal de torno, susceptible de recibir un plato, se puede montar un disco plano rectificado. El plato propio del torno no puede utilizarse, pues esta pieza no es nunca rigurosamente plana. Se debe palpar la superficie del disco, haciéndose una segunda lectura después de girar el husillo 180º. La media de las lecturas da la desviación referida a la distancia sobre la cual se ha hecho la medición. El eje puede utilizarse también como se indica en el apartado Eje de rotación, estando materializada la trayectoria por una regla orientada paralelamente a ésta.
La verificación del paralelismo entre el brazo libre de la escuadra y el tercer plano o la intersección, debe efectuarse de acuerdo con lo indicado para el control del paralelismo. A ser posible, esta verificación debe hacerse en dos planos perpendiculares.
Procedimiento de medición La verificación de la perpendicularidad de un movimiento se transforma en una verificación de paralelismo, utilizando una escuadra adecuada a las condiciones dadas. El accionamiento del órgano móvil debe hacerse de un modo normal, para tener en cuenta la influencia de los juegos y defectos de guiado.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Rotación
En el caso más general, el salto radial de rotación que se mide es el resultante:
Salto radial de rotación. Error de circularidad Es el error de una pieza con respecto a la forma circular, en un plano perpendicular al eje en un punto determinado de éste. Para un árbol, el valor del error de forma está dado por la diferencia entre el diámetro del círculo circunscrito y el diámetro más pequeño medible del árbol, medidos ambos en el plano perpendicular al eje en el que se determina el error. Para un agujero, está dado por la diferencia entre el diámetro del círculo inscrito y el mayor diámetro medible en dicho agujero, medidos ambos en el plano perpendicular al eje en el que se determina el error. Con los métodos habituales de medición, esta definición no puede aplicarse rígidamente en la práctica. Sin embargo, cuando se mide el error de circularidad de una pieza, se debe tener presente esta definición, y el método utilizado debe elegirse de manera que los resultados obtenidos estén lo más de acuerdo posible con la definición. Cabe recordar que la ovalación es un caso particular del error de circularidad.
Excentricidad
En las verificaciones geométricas de las máquinas-herramienta, el desplazamiento radial de un eje se mide por medio del salto radial de rotación de una pieza montada sobre el eje. Para evitar toda confusión en el personal encargado de los ensayos, y para suprimir cualquier riesgo de error, en el código de verificación solamente se hace uso de la expresión salto radial de rotación y la tolerancia se relaciona sistemáticamente con el mismo, de modo que las lecturas que se obtengan en el instrumento de medición no deben nunca dividirse por dos. Esta observación se ha tenido en cuenta en los procedimientos de medición.
Superficie interior Si el agujero cilíndrico o cónico no permite el empleo directo del comparador, se deberá montar un mandrino de control en dicho agujero. La parte cilíndrica libre de este mandrino debe utilizarse para el control, de acuerdo con el apartado anterior. Sin embargo, si la verificación se hace en una sola sección del mandrino, no se determina más que la posición de un solo círculo de medición con respecto al eje. Se debe efectuar el control en dos secciones A y B distantes una longitud determinada, ya que el eje del mandrino puede encontrar al de rotación en la zona de medición. C1
C1
A
B
C1
Excentricidad
Es la distancia entre dos ejes paralelos, uno de los cuales gira alrededor del otro. La excentricidad no es un defecto, sino una cota susceptible de tolerancia que no debe confundirse con el descentramiento.
z del desplazamiento radial del eje, z del error de circularidad de la pieza y, z de los defectos de los cojinetes.
Desplazamiento radial de un eje en uno de sus puntos. En un órgano cuyo eje geométrico no coincide exactamente con el eje de rotación (error de concentricidad), es la distancia entre las intersecciones de estos dos ejes con un plano perpendicular al eje de rotación, en un punto dado.
Salto radial de rotación de una pieza en una sección recta determinada Si no se tiene en cuenta el error de circularidad, el salto radial de rotación es el doble del desplazamiento radial del eje de la pieza en la sección considerada.
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C2
Por ejemplo, se debería hacer una verificación en la salida del alojamiento y otra a una cierta distancia. Con el fin de tener en cuenta la imperfección del montaje realizado, especialmente cuando se trata de agujeros cónicos, estas operaciones deben repetirse por lo menos cuatro veces, girando el mandrino sucesivamente 90º con respecto al husillo, y se debe tomar la media de las desviaciones observadas. En cada caso, el salto radial de rotación debe medirse en un plano axial vertical y después en un segundo plano axial perpendicular al anterior (posiciones C1 y C2 de la figura). Estos procedimientos de medición requieren las siguientes observaciones: z Como el movimiento del palpador puede variar periódicamente durante la medición del salto radial de rotación, el instrumento de medida debe presentar toda clase de garantías desde el punto de vista de su precisión (histéresis mínima). z Cuando se hace el control mediante un mandrino, no se verifica la exactitud de forma del agujero.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta z Si se controla el salto radial de rotación de un husillo mecanizando una pieza cilíndrica y verificándola a continuación, solamente se controlará los errores de los cojinetes del husillo. Este ensayo por torneado no da, por lo tanto, ninguna indicación sobre la forma exacta del cono de centrado o del agujero, ni sobre su posición exacta con respecto al eje de rotación.
Por ejemplo, si el husillo está dotado de agujero de centrado, insertaremos en el mismo una bola de acero contra la cual se apoya el palpador plano.
z Los métodos indicados se aplican únicamente a los husillos sobre cojinetes lisos o de rodadura. Si se trata de husillos de centrado automático durante la rotación como: por presión hidráulica, el control debe realizarse solamente sobre el husillo girando a su velocidad de funcionamiento normal. En este caso deben utilizarse procedimientos de medición sin contacto, como los captadores capacitivos, electromagnéticos o cualquier otro aparato conveniente.
El desplazamiento axial periódico se mide fácilmente cuando se dispone de un dispositivo especial que permite ejercer un esfuerzo en la dirección del eje y situar también en la dirección del mismo eje, el comparador de medición.
Tolerancia La tolerancia del salto radial de rotación es la desviación admisible de las trayectorias de los diferentes puntos de una sección de la superficie de revolución. Se indicará sin signo alguno. Engloba los errores de forma de la superficie de revolución, el desplazamiento y la falta de paralelismo del eje de esta superficie con respecto al eje de rotación (error de posición) y el desplazamiento del eje de rotación causado por el error de giro de los cojinetes. Para las superficies de pequeña dimensión en la dirección de su eje como el extremo de un husillo de rectificado, es suficiente un plano de control, pero para superficies más largas debe indicarse más de uno.
Desplazamiento axial Para controlar el desplazamiento axial periódico, en función de la disposición del agujero, podemos optar por alguna de las opciones de las figuras:
Aplicaciones
Si se trata de un tornillo patrón, la fuerza axial podrá ejercerse mediante la tracción del carro, cuando está embragado. Si se trata de un plato giratorio de eje vertical, podrá considerarse suficientemente apoyado por su propio peso. El valor del desplazamiento axial puede obtenerse con suficiente aproximación aplicando una fuerza según el eje y disponiendo el comparador, no exactamente sobre el eje, sino a una pequeña distancia del mismo. En tales condiciones, la falta de planicidad y la oblicuidad de la cara en contacto con el palpador, que son en general muy pequeñas, no perturban sensiblemente las mediciones, pero es preciso en este caso efectuar el control en dos posiciones del comparador a 180º y hacer la media algebraica de las dos lecturas. Este último método es el que se emplea generalmente en el control del desplazamiento axial periódico del husillo de un torno o de una fresadora, por ejemplo, control en el que se palpa la cara de apoyo del plato o la cara delantera del extremo del husillo. Si el apoyo axial está constituido por un rodamiento, el control deberá efectuarse sobre al menos dos vueltas. Por último, teniendo en cuenta que el movimiento del palpador puede variar de sentido durante el ensayo, el comparador deberá presentar todas las garantías en cuanto a su precisión (histéresis mínima).
Salto axial de rotación El salto axial de rotación de una superficie plana contempla: a) Salto axial de rotación de la superficie. Con esta denominación se designa el defecto de una superficie plana que, al girar alrededor de un eje, no permanece en un plano perpendicular a este eje. b) Salto axial de rotación de la superficie a una distancia d del eje. El salto de una superficie a una distancia d del eje está representado por la distancia h que separa los dos planos perpendiculares al eje, eje entre los cuales evoluciona la parte de superficie delimitada por un cilindro que tenga por diámetro 2d y por eje de simetría el eje teórico de rotación de dicha superficie. El salto axial de rotación es la resultante de los defectos de la superficie y del eje de rotación (h1, h2, h3): a) superficie no plana; b) superficie y eje de rotación no perpendiculares; c) desplazamiento axial periódico del eje.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Error local de división en un intervalo dado
d h1
d
a)
Repetibilidad de los mecanismos de división angular con enclavamiento (por ejemplo, torretas)
d
h2
d
Es la suma de los valores absolutos de los dos errores individuales mayores, positivo y negativo, en el intervalo considerado.
El error de repetibilidad es la desviación angular que existe entre la dirección de un radio del órgano móvil y la dirección de ese mismo radio, cuando después de una rotación de dicho órgano, se trata de llevarlo a su posición de origen.
b)
h3
Procedimientos de medición
c)
La influencia del salto radial de rotación sobre el salto axial es pequeña, por lo que no se tiene en cuenta.
Controles especiales División. Definición de los errores Este apartado se refiere a las definiciones relativas a los errores de división de las escalas graduadas, de las ruedas dentadas, de los pasos de los tornillos de accionamiento de movimiento de traslación, etc. De forma general, se pueden distinguir los siguientes errores: a) b) c) d) e)
error individual de división; error sucesivo de división; error local de división en un intervalo dado; error acumulado (o decalaje) en un intervalo dado; error total de división.
Error individual de división Es la diferencia algebraica entre el valor efectivo y el valor teórico nominal de esta división. Se entiende por divisón la distancia entre dos trazos consecutivos; varias divisiones forman un intervalo.
Error sucesivo de división Es la diferencia que existe entre dos divisiones sucesivas; es igual a la diferencia algebraica de los errores individuales de las dos divisiones.
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La verificación puede realizarse, como en el caso del juego angular, por medio de una varilla y de un comparador. Para una posición dada de división se debe hacer girar el órgano móvil una revolución completa. La diferencia de lecturas entre enclavamientos sucesivos en esa posición representa el error de repetibilidad correspondiente a esa posición. Las mediciones deben hacerse para cada una de las posiciones de enclavamiento. Cuando el mecanismo no permite una revolución completa, puede darse al órgano móvil una fracción de vuelta, lo mayor posible, en un sentido y después en el sentido contrario, de manera que vuelva a su posición de origen. El último movimiento debe efectuarse en el sentido normal de funcionamiento. Todos los movimientos deben efectuarse con una velocidad uniforme, y ejerciendo una fuerza constante en cada enclavamiento y desenclavamiento.
Tolerancia La tolerancia de repetibilidad se expresa por la tangente del ángulo y engloba la tolerancia del juego angular, ya que aquélla no puede ser fijada independientemente de ésta.
Intersección de ejes Se considera que dos ejes no paralelos se cortan cuando la distancia mínima que los separa está comprendida dentro de la tolerancia fijada.
Procedimiento de medición El punto de intersección de dos ejes no paralelos puede determinarse por medio de mediciones efectuadas entre árboles que materialicen dichos ejes, con lo cual el control se reduce al de la equidistancia de dos ejes a un plano auxiliar. Sin embargo, la operación es más sencilla si se reemplazan los árboles por dos varillas mecanizadas convenientemente, con una cara paralela a su eje respectivo. Las mediciones entre estas caras permiten determinar el error de intersección.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Precisión X
X’
Y
Para poder ser utilizadas en el control de máquinas-herramienta, las reglas deben satisfacer las siguientes condiciones:
Y’
z Valor de la flecha admisible. Los momentos de inercia de las secciones deben ser tales que, cuando la regla repose sobre sus apoyos extremos, la flecha natural no rebase las 10 µm/m. El valor exacto de esta flecha natural, que representa la flecha máxima de la regla, debe ser indicado en una de sus caras. z Planicidad y rectitud de las caras de medición. Los errores de rectitud de la cara útil, cuando la regla reposa sobre sus apoyos favorables, no deben exceder de:
Y’
X
X’
Y
(2 + 10 L) µm, siendo L la longitud de la regla en metros.
Instrumentos de verificación En este apartado citaremos algunos de los instrumentos propios para la verificación de las máquinas-herramienta. Sólo figuran, por otra parte, las características indispensables de estos instrumentos que aseguren la precisión de medición deseada. De una manera general, en lo que concierne a los instrumentos de verificación, se tendrán en cuenta las normas UNE correspondientes. Existen, en la industria de máquinas-herramienta, tres tipos de aparatos de control que difieren entre sí únicamente por el grado de precisión con el que han sido construidos teniendo en cuenta la función que deben cumplir. Estos tres tipos de aparatos de control son los siguientes:
W W
a)
W S
W = Caras útiles
S
S = Caras laterales L
W
W
b) W
2 9
5 L 9
L
2 L 9
S
S
S
S
Apoyos favorables W
W S
c) W
2 9
5 L 9
L
S
2 L 9
z categoría A: aparatos patrón de referencia de los servicios de metrología, z categoría B: aparatos de control propiamente dichos de los servicios de verificación, z categoría C: aparatos de control de taller utilizados por los servicios de fabricación. En lo que sigue, se trata únicamente de los aparatos de la categoría B, es decir, de los aparatos utilizados para verificar las máquinas-herramienta después de su montaje.
Reglas
Ejemplos Longitud útil L (mm)
300
500
800
1.000
1.500
Tolerancia de rectitud en toda la longitud (µm)
5
7
10
12
18
Tolerancia local en 300 mm (µm)
-
5
5
5
5
La regla de control materializa, con una determinada precisión, la línea recta de referencia con relación a la cual se miden los errores de rectitud o de planicidad de las superficies a examinar. Existen dos tipos principales de reglas de control: a) regla de perfil de igual resistencia, b) regla de caras paralelas: - de sección rectangular llena (c), - de sección en doble T con alma llena o con vaciados (b). Las reglas deben estar preferentemente tratadas térmicamente y estabilizadas.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Condiciones de precisión de las reglas
Nº
1)
Dimensiones mm
Caras útiles
Flecha entre apoyos extremos Fundición gris E = 100.000 N/mm2
Rectitud
µm
Caras laterales
Paralelismo
Rectitud
µm
µm
µm
1)
Paralelismo Perpendicularidad con las caras útiles µm µm
1
300 normal 300 ancho
1
5
7,5
50
75
±8
2
500 normal 500 ancho
3
7
10,5
70
105
±12
3
800
4
10
15
100
150
±20
4
1.000
8
12
18
120
180
±25
5
1.600
16
18
27
180
270
±45
Tolerancia local: 5 µm en 300 mm.
Mandrinos
la extracción del cono de su alojamiento. El paso a adoptar para esa rosca debe ser bastante fino (1 o 1,5 mm, según las dimensiones del mandrino) con el fin de obtener una fácil extracción,
El mandrino está formado por una parte cónica que se acopla al husillo de la máquina y por otra cilíndrica, que se utiliza como referencia para las mediciones. Se construye de acero templado y estabilizado, que puede estar recubierto de una capa de cromo duro.
z en el caso de conos con fuerte conicidad un agujero roscado permite utilizar una varilla roscada para la fijación del mandrino en el husillo a controlar.
El mandrino debe tener: Para poder rectificar la totalidad de la pieza en una sola colocación entre puntos, el mandrino puede estar provisto de una prolongación P, de una longitud de 14 a 32 mm y de un diámetro ligeramente inferior al de la parte cilíndrica.
z en sus extremos, para la fabricación en el taller y su control en metrología, agujeros de centrado rectificado y rodados que deben ser del tipo protegido, z referencias r a 90º (1, 2, 3 y 4), que se utilizan en las verificaciones de máquinas. La distancia λ entre las referencias de los extremos de la parte cilíndrica representa la longitud de medición 75, 150, 200, 300 o 500 mm,
En la figura de la página siguiente se muestran, a título de ejemplo, mandrinos de control cuyas dimensiones exteriores (diámetro y longitud), así como el perfil interior de la parte cilíndrica, han sido determinados (a excepción del mandrino para cono Morse 0 y cono Morse 1), de modo que la flecha debida al peso de la parte en voladizo del aparato y la provocada por la presión de medición del comparador sean despreciables en las mediciones efectuadas con la ayuda de estos aparatos.
z en el caso de los conos Morse y de los conos métricos de poca inclinación, el mandrino queda fijado por simple adherencia: entre el cono y la parte cilíndrica hay una parte roscada destinada a una tuerca que sirve para
Parte cilíndrica para cada dimensión del cono 7/24
Mandrinos para conos 7/24 nº: Longitud úitl medida (mm) Adoptar la parte cilíndrica del mandrino a los conos Morse nº:
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30
40
45
200
300
3
4y5
50 Mandrino corto
Mandrino largo
300
300
500
4y5
4y5
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Mandrinos de control Medidas en mm 535 12
5
10
79
10
63
71
50
60
R3 A
D1
30
M85 x 1,5
X
80
5
Métrico 80
10
4 trazos de 0,1 mm a 90º 175
185
175
32
535 5
12
5
10
R3 62
10
46
54
A
D1
20
34
44
X
63
Morse 6
10
4 trazos de 0,1 mm a 90º 175 175
M68 x 1,5
32
185
335
4 3
40
39
10
27
33
30
25
1 A
2 4
10
M48 x 1,5
5
10
12 X
5
D1
Morse 4 y 5
4 trazos de 0,1 mm a 90º 110 95
32
115
A Parcial
235 7
12
5
31
32
8
4 trazos de 0,1 mm a 90º 223
Morse nos 0, 1, y 2
175
5
4 trazos de 0,1 mm a 90º
A
19
M27 x 1 100
2
R0,5
11 5
4 trazos de 0,1 mm a 90º M15 x 1
12
8 X
Morse 0 y 1
D1
24
23
X
D1
Morse 2
8
2
X
25
D
M36 x 1,5
A
Los 4 trazos de referencia de 0,1 a 90º grabados sobre la parte cilíndrica, se referencian y numeran de 1 a 4 en la cara del extremo del mandrino.
D-0,5
5
16
23
X D1
Morse 3
5
A
Morse nos 3, 4, 5 y 6
14
D-0,5 D
Observaciones: 1. Con cada mandrino debe suministrarse una tuerca para extracción. 2. Para la ejecución de la parte cónica deben seguirse las especificaciones de la norma UNE 15-007, siendo la cota D1 la especificada en la misma. Para los mandrinos con cono 7/24 se tendrá en cuenta la norma UNE 15-008. Los dos extremos del mandrino deben tener agujeros de centrado rectificados y rodados. 3. La parte que figura en trazos de punto y raya, representa la prolongación “p” que se puede prever para facilitar el mecanizado. En este caso, la longitud total aumenta en la equivalente a la prolongación.
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R1
R2
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Los diferentes valores de la flecha debida al peso propio del mandrino se calculan para un módulo de elasticidad E= 210.000 N/mm2. Para módulos de elasticidad ligeramente inferiores (E= 180.000 a 190.000 N/mm2) dichas flechas siguen siendo despreciables.
De acuerdo con la longitud de medición, se aplicarán las tolerancias indicadas en la siguiente tabla:
Tolerancia a respetar Longitud de medición (mm) Salto radial de rotación de las diferentes secciones (a verificar en toda la longitud del mandrino) (µm)
1
Variación máxima entre los diferentes diámetros de la parte cilíndrica (µm) Tolerancia de conicidad de la parte cónica (variación máxima entre los diferentes diámetros de la parte cónica) 1
75
150
200
300
500
2
2
3
3
3
2
2
3
3
3
El cono debe ser mecanizado con precisión de tampón verificador
Amplitud máxima del movimiento del comparador.
Precauciones de empleo
Escuadras
El acoplamiento del cono del mandrino en el husillo de la máquina a verificar debe poder hacerse correctamente, y en caso contrario, se debe retocar el husillo.
Existen diversos tipos de escuadras siendo los siguientes los principales:
Para controlar el salto radial de rotación, el mandrino debe colocarse en el husillo sucesivamente en cuatro posiciones, a 90º una de otra, y se hace la media de las cuatro series de mediciones. Para comprobar la rectitud del desplazamiento de un órgano o un paralelismo, la verificación debe efectuarse sucesivamente sobre dos generatrices opuestas del mandrino, haciendo girar 180º el conjunto del eje y mandrino. Después del acoplamiento del mandrino, es conveniente esperar algún tiempo hasta que el calor de las manos del operador se haya repartido sobre el aparato y las temperaturas se hayan estabilizado.
z la escuadra propiamente dicha o de brazos, que materializa un plano y una arista perpendicular al mismo, con o sin nervio de refuerzo, z el cilindro escuadra, que define un eje perpendicular a un plano. Cilindro-escuadra Rasquetado o rectificado
Control de paralelismos con cilindros Para el control de un paralelismo, se efectúan primeramente las mediciones sobre una generatriz y se repiten sobre otra, después de girar el cilindro 180º. A continuación se da vuelta al aparato invirtiendo la posición de sus extremos y se repiten las operaciones anteriores sobre las dos mismas generatrices. Los defectos de la línea a comprobar se obtienen hallando la media de las mediciones. Este modo de operar permite eliminar, en gran parte, las causas de error debidas a las imperfecciones del cilindro.
D
r
12 mm
484
0º 15’ aprox.
En el caso particular de los mandrinos para conos Morse nº 0 y nº 1, es necesario tener en cuenta las flechas naturales y utilizar un comparador milesimal, que tenga una fuerza de medición inferior a 0,5 N y, si es posible, colocado bajo el mandrino para compensar el efecto de la flecha natural.
Escuadra con nervio de refuerzo
Alojamiento de la pieza de arrastre para rectificar las caras
Las dimensiones de las escuadras no suelen pasar de los 500 o 600 mm, siendo preferible recurrir a los procedimientos ópticos para los controles de perpendicularidad cuando se trata de dimensiones superiores a aquéllas. En estos instrumentos no existen problemas de diseño; es su fabricación lo que exige grandes cuidados, puesto que en algunos casos es necesaria una elaboración larga y costosa de las dos superficies, que deben tener una planicidad del orden de 0,005/300 mm, al mismo tiempo que una perpendicularidad entre ellas del mismo grado de precisión. En cambio, es relativamente mucho más fácil desbastar en torno, y después terminar en rectificadora una superficie cilíndrica con dos caras perpendiculares a su eje. Las escuadras se fabrican de acero, fundición o de otro material adecuado. Pueden ser objeto de un tratamiento térmico de endurecimiento, así como de un tratamiento de estabilización.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta Precauciones de empleo Las tolerancias de perpendicularidad que se exigen generalmente en las máquinas-herramienta varían de 0,030 a 0,050 mm/m. Las escuadras son adecuadas para las mediciones cuyas tolerancias sean de 0,040 a 0,050 mm/m. Para tolerancias más reducidas, es preciso tener en cuenta los errores de la escuadra o recurrir a métodos de control con otro tipo de aparatos.
Niveles de precisión Los niveles pueden ser de mando micrométrico o de lectura directa sobre la ampolla. En el primer caso, las variaciones de inclinación se leen en la escala graduada del micrómetro. En el segundo caso, se leen directamente en la graduación de la ampolla. La sensibilidad s de un nivel es la cantidad que la burbuja (o en su caso, el dispositivo micrométrico) se desplaza para una variación de una milésima en la inclinación: 1 mm/m o 200” de arco. Esta sensibilidad es igual a una milésima del radio de curvatura de la ampolla expresado en metros.
Bloque 2. Pautas para la verificación de las máquinas-herramienta Introducción En este bloque presentamos cinco pautas de control de la precisión, 4 corresponden a algunas máquinas representativas y una a mesas portapiezas. En estas pautas se trata exclusivamente del control de la precisión de la máquina o elemento, sin contemplar sus características -velocidades, avances, etc.- ni su funcionamiento -vibraciones, ruidos anormales, puntos duros en los desplazamientos de carros, etc.-, puesto que estos controles son previos a los de la precisión. El orden en que se presentan las operaciones de verificación geométrica corresponde a los conjuntos que constituyen la máquina, lo que significa que puede alterarse la secuencia para facilitar el montaje y/o control de los instrumentos de verificación.
Nivel
Leer: 3,5
Regla a verificar
Tope lateral
También cabe aclarar que, en el examen de una máquina no siempre es imperativo efectuar todas las verificaciones establecidas en las pautas. Corresponde al usuario establecer -de acuerdo con el constructor- las pruebas aplicables a los distintos órganos que existen en la máquina, o bien, a las propiedades que le interesan. Todas las pruebas prácticas deben efectuarse con pasadas de acabado como: ap=0,01 y fn=0,01. Jamás con pasadas de desbaste.
La constante del nivel o sensibilidad aparente n, es la variación de la inclinación, expresada en milímetros por metro (o en segundos de arco), que produce en la burbuja el desplazamiento de una división. Si se designa por λ la longitud en milímetros de una división de la graduación del nivel, se tiene, entre las tres cantidades s, n y λ, la relación: λ= n x s. Los elementos característicos de un nivel son el radio de curvatura de la ampolla y la distancia λ que separa dos trazos consecutivos de la división. Prácticamente un nivel está convenientemente definido por el equivalente angular n de una de sus divisiones, expresado en segundos de arco o en milímetros por metro.
Cuando se precise realizar una medición que no esté contemplada en la pauta, y además no se establezca tolerancia, es conveniente tener en cuenta que el valor mínimo de la tolerancia general a considerar deberá ser de 0,005 mm para máquinas de precisión, y 0,01 mm para máquinas de propósito general. En cada una de las pautas, se referencian algunas normas para ampliación y/o consulta.
Tornos paralelos de uso general Las normas relacionadas son: z UNE 1-121: Dibujos técnicos. Tolerancias de forma y posición. Parte 1: Generalidades, símbolos e indicaciones en los dibujos. z UNE 15-300: Código de verificación de las máquinasherramienta. Precisión geométrica de las máquinas funcionando en vacío o en condiciones de acabado.
En relación con estos aparatos hay que tener en cuenta la norma UNE 82-308.
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z ISO 1708:1983: Norma internacional para el control de la precisión de los tornos paralelos de uso general.
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b)
Da es el diámetro máximo sobre bancada.
a)
Esquema
EP es la distancia entre puntos.
1
Nº
Verificaciones geométricas
0,015 mm
0,01 mm
las guías deben estar en el mismo plano.
b) Tranversal:
rectitud de las guías en el plano vertical;
a) Longitudinal:
0,03/1.000 mm.
b) Variación de nivel:
0,005/250 mm
Tolerancia local
convexidad hasta 0,02 mm
1.000 mm < EP ≤ 1.500 mm
0,005/250 mm
Tolerancia local
Verificación de la nivelación de las guías:
500 mm < EP < 1.000 mm
convexidad hasta
0,03 mm
0,02 mm
0,01/250 mm
0,02 mm
0,04/1.000 mm.
b) Variación de nivel:
0,02/500 mm
Tolerancia local 0,015/500 mm
0,01 mm
Por cada 1.000 mm suplementarios de la distancia entre puntos por encima de 1.000 mm, se aumenta la tolerancia precedente en:
EP > 1.000 mm
0,0075/250 mm
Tolerancia local
convexidad hasta
convexidad hasta
500 mm < EP ≤ 1.000 mm
EP ≤ 500 mm convexidad hasta
EP ≤ 500 mm convexidad hasta 0,01 mm
800 mm < Da ≤ 1.600 mm
Da ≤ 800 mm
Otros tornos
Diferencia admisible
Da ≤ 500 mm y EP ≤ 1.500 mm
Tornos de precisión
convexidad hasta 0,015 mm
Propósito
Bancada
CONDICIONES DE VERIFICACIÓN Y DIFERENCIAS ADMISIBLES
TORNOS PARALELOS DE USO GENERAL
Si las guías no son horizontales, se usará una regla especial según la norma UNE 15-300.
Los niveles pueden estar situados sobre el carro transversal.
a) Las mediciones deben efectuarse en diferentes puntos igualmente espaciados en toda la longitud de la bancada.
Observaciones y referencias
La verificación de nivel medida en cualquier posición no debe exceder la diferencia admisible.
b) Se coloca el nivel transversalmente sobre las guías. Las mediciones deben efectuarse en diferentes puntos igualmente espaciados en toNivel de precida la longitud de sión y soporte las guías. transversal
Nivel de precisión, procedimientos ópticos u otros.
Instrumentos de medición
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4
3
2
Nº
b)
a)
a)
b)
F
b)
Desviación
Hilo tenso
l = constante
Esquema
a)
incluyendo desplazamiento axial periódico
b) 0,01 mm
a) Medición del desplazamiento axial periódico. b) Medición del salto axial de rotación de la cara de apoyo del plato.
a) 0,005 mm
0,02/500 mm.
Tolerancia local:
b) 0,03 mm
0,01/500 mm.
Tolerancia local:
a) 0,02 mm
0,02 mm
1.000 mm < EP ≤ 1.500 mm
0,015 mm
500 mm < EP ≤ 1.000 mm
EP ≤ 500 mm 0,01 mm
Da ≤ 500 mm y EP ≤ 1.500 mm
Tornos de precisión
Cabezal
b) en el plano vertical.
a) en el plano horizontal;
Verificación del paralelismo del desplazamiento del contrapunto al del carro:
Verificación de la rectitud del desplazamiento en un plano horizontal o, eventualmente, en el plano definido por la línea entre puntos y la punta de la herramienta.
Carro
Propósito
EP ≤ 500 mm 0,02 mm
800 mm < Da ≤ 1.600 mm
EP ≤ 1.000 mm
0,025 mm
b) 0,02 mm
a) 0,015 mm
Tolerancia local 0,03/500 mm
EP 1.500 mm a) y b) 0,04 mm
Tolerancia local: 0,02/500 mm
incluyendo desplazamiento axial periódico
b) 0,02 mm
a) 0,01 mm
0,05 mm
a) y b) 0,04 mm
EP ≤ 1.500 mm a) y b) 0,03 mm
0,03 mm
0,005 mm Diferencia máxima admisible
Por cada 1.000 mm suplementarios en la distancia entre puntos por encima de 1.000 mm, se aumenta la tolerancia precedente en
0,02 mm
500 mm < EP ≤ 1.000 mm
0,015 mm
Da ≤ 800 mm
Otros tornos
Diferencia admisible Observaciones y referencias
El valor de la fuerza Comparador y F a aplicar en los eventualmente, ensayos a) y b) debe dispositivo ser precisado por el especial. fabricante.
Comparador
Con el contrapunto tan próximo como sea posible al carro, se realizan las mediciones tras desplazar ambos el mismo recorrido; se mantiene la caña del contrapunto bloqueado de forma que el comparador palpe siempre el mismo punto.
a) Se palpa la generatriz exterior del mandrino (en lugar del mandrino se puede utilizar una regla con a) Para EP caras paralelas). < 1.500 mm comparador La longitud del y mandrino mandrino debe ser entre puntos lo más similar posiregla. ble a la distancia entre puntos, EP. b) C u a l q u i e r otro valor de b) La diferencia de EP, hilo tenso rectitud del desy microscoplazamiento del pio o métocarro debe corresdos ópticos. ponder, excepto casos especiales, a una línea cóncava con relación al eje entre puntos.
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1)
a)
F
Esquema
b)
b)
a)
b) en el plano vertical.
a) en el plano horizontal;
Verificación del paralelismmo del eje del husillo al desplazamiento longitudinal en una longitud igual a Da/2 o un máximo igual a 300 mm.
b) a una distancia de la salida del cono igual a Da/2 y no superior a 300 mm1).
a) en la salida del cono;
Medición del salto radial de rotación del cono interior del husillo.
Medición del salto radial de rotación de la superficie de centrado de la nariz del husillo.
Propósito
F es la fuerza sobre el husillo para eliminar el juego axial de los rodamientos.
7
6
5
Nº
b) 0,02/300 mm extremo del husillo hacia arriba.
a) 0,01/300 mm extremo del husillo hacia delante.
0,005 mm para una distancia de 100 mm
0,010 mm para una distancia de 200 mm
b) 0,015 mm para una distancia de 300 mm
a) 0,005 mm
0,007 mm
Da ≤ 500 mm y EP ≤ 1.500 mm
Tornos de precisión
b) 0,02/300 mm extremo del husillo hacia arriba.
b) 0,04/500 mm extremo del husillo hacia arriba.
a) 0,03/300 mm extremo del husillo hacia delante.
b) 0,05 mm para una distancia de 500 mm
b) 0,02 mm para una distancia de 300 mm
a) 0,015/300 mm extremo del husillo hacia delante.
a) 0,015 mm
0,015 mm
800 mm < Da ≤ 1.600 mm
a) 0,01 mm
0,01 mm
Da ≤ 800 mm
Otros tornos
Diferencia admisible
En caso de nariz de husillo cónica, se coloca el comparador perpendicularmente a la generatriz del cono.
El valor de la fuerza F debe ser precisado por el fabricante.
Observaciones y referencias
Para tornos con diametros Da<800 mm, Comparador y la longitud de medimandrino de ción puede ser control. incrementada hasta 500 mm.
Para tornos de diámetro máximo sobre Comparador y bancada Da>800 mm, mandrino de la distancia puede control. incrementarse hasta 500 mm.
Comparador.
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Nº
Esquema
F
b)
b)
a)
a)
b) en el plano vertical.
a) en el plano horizontal;
Verificación del paralelismo del eje del alojamiento de la caña del contrapunto al movimiento longitudinal del carro sobre una longitud igual a Da/4 o a un máximo igual a 300 mm1).
b) en el plano vertical.
a) en el plano horizontal;
Verificación del paralelismo del eje de la caña del contrapunto al desplazamiento del carro:
Contrapunto
Medición del salto radial de rotación del punto.
Propósito
a) 0,03/300 mm extremo del mandrino hacia delante. b) 0,03/300 mm extremo del mandrino hacia arriba.
b) 0,02/300 mm extremo del mandrino hacia arriba.
b) 0,02/100 mm extremo de la caña hacia arriba.
a) 0,015/100 mm extremo de la caña hacia delante.
0,015 mm
Da ≤ 800 mm
b) 0,05/500 mm extremo del mandrino hacia arriba.
a) 0,05/500 mm extremo del mandrino hacia delante.
b) 0,03/100 mm extremo de la caña hacia arriba.
a) 0,02/100 mm extremo de la caña hacia delante.
0,02 mm
800 mm < Da ≤ 1.600 mm
Otros tornos
a) 0,02/300 mm extremo del mandrino hacia delante.
b) 0,015/100 mm extremo de la caña hacia arriba.
a) 0,01/100 mm extremo de la caña hacia delante.
0,01 mm
Da ≤ 500 mm y EP ≤ 1.500 mm
Tornos de precisión
Diferencia admisible
de medición puede ser incrementada hasta 500 mm.
a
Caña del contrapunto bloqueada como en condiciones de trabajo.
El valor de la fuerza F debe ser precisado por el fabricante.
Al estar el comparador montado perpendicularmente a la superficie cónica del punto y teniendo en cuenta que la tolerancia está definida en un plano normal al eje del husillo, se debe dividir la lectura del comparador por cos α, siendo α el semiángulo del cono del punto.
Observaciones y referencias
Caña del contrapunto bloqueada como en condiciones de Comparador y trabajo. mandrino de 1) Para tornos con control. D >800 mm la longitud
Comparador.
Comparador.
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Nº
Esquema
Medición del desplazamiento axial periódico debido al salto axial de rotación de los cojinetes.
Husillo patrón
Verificación de la perpendicularidad del desplazamiento transversal del carro del husillo al eje.
Carro transversal
Verificación del paralelismo del desplazamiento longitudinal al eje del husillo.
Carro superior u orientable.
Medición de la diferencia de altura entre punto y contrapunto.
Puntos
Propósito
el contrapunto por encima
0,06 mm
800 mm < Da ≤ 1.600 mm
0,015 mm
0,02 mm
α ≥ 90º
α ≥ 90º
0,01 mm
Sentido de la diferencia
0,02/300 mm
0,04/300 mm
el contrapunto por encima
0,04 mm
Da ≤ 800 mm
Otros tornos
Sentido de la diferencia
0,01/300 mm
a) 0,015/150 mm
el contrapunto por encima
0,02 mm
Da ≤ 500 mm y EP ≤ 1.500 mm
Tornos de precisión
Diferencia admisible Observaciones y referencias
Comparador.
Comparador y disco o regla.
Esta verificación se puede suprimir si se efectúa la prueba práctica 3.
La medición se realiza en el plano vertical (tras ajustar el carro superior paraComparador y lelamente al eje del mandrino de husillo en el plano control. horizontal), solamente en la posición de trabajo del carro superior.
Se palpa la generatriz superior del mandrino. Se efectúan las lecturas en los extreComparador y mos del mandrino mandrino de con el contrapunto y control. la caña del contrapunto bloqueados, como en condiciones de trabajo.
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Nº
Esquema
Verificación del error acumulado generado por el husillo patrón.
Propósito
b) 0,01 mm para toda longitud medida de 60 mm.
a) 0,03 mm para toda longitud medida de 300 mm.
Da ≤ 500 mm y EP ≤ 1.500 mm
Tornos de precisión 800 mm < Da ≤ 1.600 mm
b) 0,015 mm para toda longitud medida de 60 mm
Diferencia máxima admisible: 0,05 mm
0,005 mm
EP > 2.000 mm por cada 1.000 mm suplementarios, por encima de 2.000 mm de distancia entre puntos se añade a la tolerancia precedente 0,005 mm
EP ≤ 2.000 mm a) 0,04 mm para toda longitud medida de 300 mm
Da ≤ 800 mm
Otros tornos
Diferencia admisible Observaciones y referencias
Nota. Por acuerdo entre el constructor y el usuario sobre el método y las diferencias admisibles, se podrá verificar el error total en 300 mm.
Sin embargo, para ambas clases de tornos puede ser suficiente una ficha de control de la precisión del husillo patrón (en una longitud determinada y controlada a lo largo de cuatro generatrices dispuestas a 90º).
Otros tornos. Se puede utilizar una galga de longitud asociada a un comparador para relacionar el recorrido del carro con el número de revoluciones del husillo.
Tornos de precisión. Se debe realizar un control de la precisión del paso mediante un palpador eléctrico, por ejemplo, por comparación con un husillo patrón calibrado de 300 mm de longitud montado entre puntos.
Instrumentos de medición
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l2
l1 2
L
l1
Esquema
l2
l1 2
L
l2
piezas
Rosca métrica ISO (UNE 17-701)
L = 300 mm
Roscado de cilíndricas
Da D = -------------8
D ≥ 0,5 Da
Mecanizado de piezas cilíndricas montadas sobre el plato
I2máx = 20 mm
I1máx = 500 mm
I1 = 0,5 Da
Da D ≥ -------------8
Mecanizado de piezas cilíndricas montadas sobre el plato (la pieza cilíndrica puede ser insertada en el alojamiento cónico del husillo)
Naturaleza de la prueba
EP es la distancia entre centros. Da es el diámetro máximo sobre bancada. Las piezas de ensayo deben ser de acero de fácil mecanización o de fundición.
3
2
1
Nº
D 20 mm
492 D
Pruebas prácticas
El paso y diámetro de la rosca a realizar deben ser tan próximos como sea posible a los del husillo patrón.
El inicio de la rosca se localiza sobre cualquier punto del husillo patrón.
Refrentado de superficies perpendiculares al husillo (refrentado limitado a dos o tres superficies, una de las cuales es central).
Mecanización de tres diámetros (dos, si I1 < 50 mm) sobre un cilindro.
Condiciones de ejecución
Error acumulado en 300 mm.
Diferencia admisible exclusivamente en sentido cóncavo.
Planitud superficial.
Cualquier conicidad debe presentar el diámetro mayor en el lado próximo del cabezal.
Variación entre diámetros mecanizados en cada extremo de la pieza de ensayo medida en un plano axial.
b) Cilindricidad
Variación del diámetro en el extremo de la pieza para por lo menos cuatro mediciones.
a) Redondez
Verificación prevista
b) 0,01 mm para toda longitud medida de 50 mm
a) 0,03 mm para toda longitud medida de 300 mm
0,015 mm para un diámetro de 300 mm
para I1 = 300 mm
b) 0,02 mm
a) 0,07 mm
Da ≤ 500 mm y EP ≤ 1.500 mm
b) 0,004 mm
b) 0,04 mm
b) 0,015mm para toda longitud medida de 50 mm
Diferencia máxima admisible: 0,05 mm
EP > 2.000 mm por cada 1.000 mm suplementarios, en la distancia entre puntos por encima de 2.000 mm, se aumenta la tolerancia anterior en: 0,005 mm
a) EP ≤ 2.000 mm 0,04 mm para toda longitud medida de 300 mm
0,025 mm para un diámetro de 300 mm
La diferencia entre los diámetros adyacentes (excepto si hay sólo dos) no puede superar el 75% de la diferencia medida entre los diámetros extremos.
para I1 = 300 mm
a) 0,02 mm
a) 0,01 mm
Da ≤ 800 mm
800 mm < Da ≤ 1.600 mm
Otros tornos
Diferencia admisible Tornos de precisión
y
El roscado Instrumentos debe ser limespeciales pio, sin facede precisión tas ni ondulacontrastada. ciones.
Regla calas.
Micrómetro o medidor de circularidad.
Instrumentos Observaciones de medición y referencias
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Precisiones complementarias relativas a la rectitud de las guías
h2 h1
(Verificación geométrica)
b a
l
Definición de “convexidad” de las guías
Fresadoras
Las guías se consideran convexas si todos sus puntos están por encima de la línea recta que une sus extremos.
Las pruebas prácticas se efectuarán con pasadas de acabado y no con pasadas de desbaste: ap= 0,1 y fz= 0,1.
Definición La tolerancia local entre dos puntos de la guía, que se encuentran separados por una longitud determinada, pequeña en relación con la longitud total de las guías, es la diferencia entre las ordenadas verticales de dichos puntos. La tolerancia local entre a y b en una longitud l es (h2 - h1).
Cuando se requiera, el valor mínimo de la tolerancia general a considerar deberá ser de 0,01 mm. La pauta de las fresadoras con mesa de altura fija, con husillo horizontal o vertical, engloba las máquinas con cabezal universal, por lo que, a efectos de verificación, deben considerarse las posiciones horizontal y vertical del husillo como correspondientes a máquinas con husillo horizontal y a máquinas con husillo vertical. Las normas relacionadas son:
Guía de curvatura convexa regular Las especificaciones concernientes a tolerancias locales no tienen otra finalidad, en el caso de guías lineales, que eliminar la posibilidad de grandes diferencias en la rectitud concentradas en pequeñas longitudes. Sin embargo, en el caso de guías con curvatura convexa regular que sean aproximadamente simétricas respecto al punto medio de su longitud, las especificaciones para tolerancias locales son demasiado restrictivas en los extremos de las guías. En estos casos los valores especificados para tolerancia local pueden ser duplicados en los extremos, en una longitud igual a la cuarta parte de la longitud total de la guía.
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z UNE 15-300: Código de verificación de las máquinasherramienta. Precisión geométrica de las máquinas funcionando en vacío o en condiciones de acabado. z UNE 15-301: Fresadoras de mesa de altura fija con husillo horizontal o vertical. Generalidades y terminología. z UNE 15-303: Fresadoras con mesa de altura variable con husillo horizontal o vertical. Generalidades y terminología. z ISO 1701:1974: Norma internacional para el control de la precisión de las fresadoras de consola con mesa de altura variable, con husillo horizontal o vertical. z ISO 1984:1982: Norma internacional para el control de la precisión de las fresadoras con mesa de altura fija, con husillo horizontal o vertical.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta FRESADORAS DE CONSOLA CON MESA DE ALTURA VARIABLE. HUSILLO HORIZONTAL O VERTICAL. Control de la precisión. CONDICIONES DE VERIFICACIÓN Y DIFERENCIAS ADMISIBLES Fresadoras con mesa no orientable Verificaciones geométricas Nº
Esquema
a)
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
b)
Verificación de la rectitud del desplazamiento vertical de la consola: 1
a)
b)
a) en el plano verti- a) y b): 0,025 mm en Comparador y cal de simetría de una longitud medida escuadra. de 300 mm. la máquina; b) en el plano vertical perpendicular al plano vertical de simetría.
Verificación de la perpendicular de la superficie de la mesa a las guías de la consola (en tres posiciones: en el centro y en la proxi- a) 0,025 mm/300 mm midad de los extrecon α ≤ 90º; Comparador y mos del recorrido): b) 0,025 mm/300 escuadra. a) en el plano vertimm. cal de simetría de la máquina;
2
b)
α
a)
b) en el plano vertical perpendicular al plano vertical de simetría.
α
a)
3
b)
Verificación de la perpendicularidad de la superficie de la mesa al desplazamiento vertical del cabezal: a) 0,025 mm/300 mm con α ≤ 90º; Comparador y a) en el plano vertical de simetría de b) 0,025 mm/ 300 escuadra. la máquina; mm. b) en el plano vertical perpendicular al plano vertical de simetría de la máquina.
494
Mesa en su posición central, con carro transversal y mesa bloqueados, consola no bloqueada. Se coloca el comparador sobre una parte fija de la máquina. Se desplaza la consola en la longitud de medición.
b)
α
a)
Observaciones y referencias
Mesa en su posición central, con carro transversal y mesa bloqueados. Se bloquea la consola en el momento de la medición. Se coloca el comparador sobre una parte fija de la máquina.
Mesa en su posición central con consola y mesa bloqueadas. Se bloquea el cabezal en el momento de la medición. Se coloca el comparador sobre una parte fija de la máquina.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Observaciones y referencias
0,04 mm hasta 1.000 mm
a
Por cada 1.000 mm suplementarios se aumenta la toleranVerificación de la pla- cia en 0,005 mm. Nivel de precisión nicidad de la superfio regla y calas. Diferencia máxima cie de la mesa. admisible: 0,05 mm.
b
4
d e
Tolerancia local: 0,02 mm para toda longitud medida de 300 mm.
c
a)
a)
b)
Mesa no bloqueada, consola y carro transversal bloqueado.
El palpador del comparador debe situarse aproximadamente en la posición de trabajo de la herramienta.
b)
5
Mesa y carro transversal en su posición central.
Verificación del paraa) 0,025 mm para tolelismo de la superfida longitud medicie de la mesa: da de 300 mm. a) a su desplazab) 0,025 mm para toRegla y comparador. miento transverda longitud medisal; da de 300 mm. b) a su desplazaDiferencia máxima miento longitudiadmisible: 0,05 mm. nal.
La medición puede efectuarse sobre una regla colocada paralelamente a la superficie de la mesa. Si la longitud de la mesa es superior a 1.600 mm, el control debe efectuarse por desplazamientos sucesivos de la regla. Se coloca el comparador sobre una parte fija de la máquina. Consola bloqueada. a) Mesa y cabezal bloqueados. b) Carro transversal y cabezal bloqueados.
a)
6
A
c)
F
b)
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a) Medición del salto radial de rotación de la superficie exterior de centrado del extremo del husillo (para máa) 0,01 mm. quinas que la tengan). b) 0,01 mm. b) Medición del des- c) 0,02 mm. plazamiento axial periódico. c) Medición del salto axial de rotación de la cara frontal del husillo.
Comparador.
b) El valor de la fuerza F a aplicar en los controles b) y c) debe ser precisado por el constructor. c) La distancia A del comparador al eje del husillo debe ser la mayor posible.
495
11
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Nº
Esquema
b)
Propósito
Medición del salto radial de rotación del cono interior del husillo: a) 0,01 mm.
a) a) b)
7
Diferencia admisible
a) a la salida del b) 0,02 mm. cono;
Instrumentos de medición
Observaciones y referencias
Comparador y mandrino de control.
b) a una distancia de 300 mm.
Verificación del paralelismo del eje del husillo con la superficie de la mesa (únicamente para máquinas con husillo horizontal).
8
α
a)
9
b)
0,025 mm en una longitud medida de Comparador y man300 mm (extremo lidrino de control. bre del mandrino dirigido hacia abajo).
Verificación de la perpendicularidad del eje del husillo a la superficie de la mesa (únicamente para máquinas con a) 0,025 mm/300 husillo vertical): mm con α ≤ 90º; Comparador y mana) en el plano verti- b) 0,025 mm/ 300 drino de control. cal de simetría mm. de la máquina;
Mesa y carro transversal libres y consola bloqueada. Mesa y carro transversal en su posición central.
Cabezal, mesa, carro transversal y consola bloqueados.
b) en el plano perpendicular al plano vertical de simetría.
b) 10
a)
Verificación del paralelismo del eje del husillo al des- a) 0,025 mm en una longitud medida plazamiento transde 300 mm (exversal de la mesa tremo libre del (únicamente para mandrino dirigi- Comparador y manmáquinas con husidrino de control. do hacia abajo). llo horizontal).
Mesa en su posición central. Consola bloqueada.
a) en el plano verti- b) 0,025 mm en una longitud medida cal; de 300 mm. b) en el plano horizontal.
11
496
0,01 mm para toda Verificación de la longitud medida de Regla y comparador rectitud de la ranura 500 mm. o calas, o microscomedia o de referenpio e hilo tenso. Diferencia máxima cia de la mesa. admisible: 0,03 mm.
La regla puede apoyar directamente sobre la mesa.
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11
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Verificación de la perpendicularidad del eje del husillo a la ranura media, o 0,02 mm/300 mm1). de referencia, de la mesa (únicamente para máquinas con husillo horizontal).
12
Verificación del paralelismo de la ranura media, o de referencia de la mesa al desplazamiento longitudinal.
13
Instrumentos de medición
Observaciones y referencias
Mesa en su posición central. Mesa, carro transRegla y comparador. versal y consola bloqueados. 1)
Distancia entre los dos puntos palpados.
0,015 mm para toda longitud medida de 300 mm. Comparador. Diferencia máxima admisible: 0,04 mm.
Carro transversal y consola bloqueados.
Consola bloqueada.
a)
14
b)
Verificación de la perpendicularidad del desplazamiento 0,02 mm/300 mm. transversal de la mesa a su desplazamiento longitudinal.
Regla, escuadra y comparador.
a) Se sitúa la regla paralelamente al desplazamiento longitudinal de la mesa, después se coloca la escuadra apoyada contra la regla; se bloquea seguidamente la mesa en posición central. b) Se verifica seguidamente el desplazamiento transversal de la mesa. El comparador se debe colocar en una parte fija de la máquina.
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497
11
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Nº
Esquema
Propósito
Observaciones y referencias
Comparador y, evenBrazo-soporte blotualmente, nivel de queado. precisión.
15
a)
b) Variante
Verificación del paralelismo de la guía a) 0,02 mm en una (o de las guías) del longitud medida brazo-soporte al desde 300 mm (braplazamiento transzo-soporte incliversal de la mesa. nado hacia abajo).
b) a)
a)
a) en el plano verti- b) 0,02 mm en una cal; longitud medida de 300 mm. b) en el plano hori-
b)
zontal. Se sitúa la luneta a 300 mm del extremo del husillo.
a) b)
a) 0,03 mm (eje de la luneta por debajo del eje del husillo).
1ª variante
(a) (b) 16
Coincidencia del eje b) 0,03 mm. de la luneta con el eje del husillo (únicamente para máquinas con husillo horizontal): a) en el plano vertical; b) en el plano horizontal.
2ª variante A)
a) 0,04 mm en una longitud medida de 300 mm (mandrino inclinado hacia abajo, lado luneta).
B) b)
a)
b) 0,03 mm en una longitud medida de 300 mm.
a)
498
Instrumentos de medición
Verificación del paralelismo de la guía a) 0,02 mm en una longitud medida (o de las guías) del de 300 mm (brabrazo-soporte al eje zo-soporte inclidel husillo: nado hacia abajo). a) en el plano vertib) 0,02 mm en una cal; longitud medida b) en el plano horide 300 mm. zontal.
b)
a)
Diferencia admisible
b)
La medición se debe efectuar lo más cerca posible de la luneta. Brazo bloqueado, luneta no sujeta por su soporte a la consola. Se coloca el comparador sobre el husillo con el palpador en el orificio interior de la luneta. La lectura del comparador debe ser dividida por 2 para comparación con la diferencia admisible. a) El extremo del mandrino del eje portafresas se introduce en la luneta. b) La luneta se coloca en el centro del mandrino o del eje portafresas. La lectura del comparador no debe ser dividida por 2.
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1
Nº
1 Recorridos longitudinales ≥ 400 mm se utilizan una o dos piezas de ensayo, a mecanizar en sentido longitudinal, sobre una longitud l, en cada extremo. 2 Recorridos longitudinales ≤ 400 mm, se utiliza una pieza de ensayo a mecanizar sobre toda su longitud. 3 Material: fundición.
NOTAS (relativas a las fresadoras con husillo vertical y a las fresadoras con husillo horizontal).
L (longitud de la pieza de ensayo o distancia entre las caras extremas de las dos piezas de ensayo). = 1/2 recorrido longitudinal. I=h = 1/8 recorrido longitudinal. l máx. = 100 mm: para L ≤ 500 mm. 150 mm: para 500 mm < L ≤ 1.000 mm. 200 mm: para L > 1.000 mm. l mín. = 50 mm.
Esquemas y dimensiones de las piezas de ensayo
Prueba práctica Condiciones de ejecución
Verificación a realizar
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
a) La cara B en cada bloque debe ser plana.
Con una fresa cilíndri- b) Los planos que contienen las bandas a) 0,02 mm. ca trabajando frontalRegla y calas. C, A y D deben ser mente. p e r p e n d i c u l a r e s b) 0,02 mm en 100 mm. Escuadra y calas. Con la misma fresa traentre sí y cada uno Micrómetro. de ellos perpendicu- c) 0,03 mm. Fresado de las ban- bajando tangencialmente. lar a la cara B. das de las caras A, C y D por desplazac) La altura H del (o de miento longitudinal los) bloque(s) será automático de la constante. mesa, vertical automático de la consola, y transversal manual del carro transversal.
Fresado de la cara B por desplazamiento longitudinal automático de la mesa y desplazamiento vertical manual de la consola, en dos pasadas solapándose de 5 a 10 mm.
B) Fresador con husillo horizontal.
Fresado de la cara A a) La cara A en cada por desplazamiento bloque será plana. longitudinal automáb) La altura H del (o de tico de la mesa y los) bloque(s) será trnsversal manual Con una fresa cilíndriconstante. del carro en dos ca trabajando frontala) 0,02 mm. Regla y calas (micrópasadas solapándo- mente. c) Los planos que conmetro o comparador). b) 0,03 mm. se de 5 a 10 mm. tienen las bandas de Con la misma fresa tralas caras B, C y D c) 0,02 mm en 100 mm. Escuadras y calas. Fresado de las ban- bajando tangencialdeben ser perpendidas de las caras B, C mente. culares entre sí y y D por desplazacada uno de ellos miento longitudinal perpendicular a la automático de la cara A. mesa, transversal automático del carro y vertical manual de la consola.
A) Fresador con husillo vertical.
Naturaleza de la prueba
Se bloquean todos los órganos móviles que no intervienen en las operaciones de corte.
(La fresa debe ser afilada sobre su mandrino.)
3) Salto axial de rotación: 0,03 mm.
2) Salto radial de rotación: 0,02 mm.
1) Defecto de cilindricidad: 0,02 mm.
Montada la fresa se recomiendan las siguientes tolerancias:
NOTA - Por acuerdo entre el constructor y el usuario, la forma de la pieza que figura en el esquema se puede reemplazar por una forma más sencilla con caras planas; el ensayo ejecutado con esta forma simplificada debe ser al menos tan severo como con la forma del esquema.
Las piezas de ensayo se deben colocar en el eje longitudinal de la mesa y de tal manera que la longitud L esté igualmente repartida de una parte y de otra del centro de la mesa.
Antes de comenzar la prueba asegurarse de que la cara E es plana.
Observaciones y referencias
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
11
499
500
1
Nº
Consola
Mesa
D
Esquema
Carro transversal
Bastidor pivotante
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Medición del salto axial de rotación de la superficie de 0,03 mm para un diámetro Comparador. la mesa en su movimiento de 1.000 mm. de rotación.
Propósito
Además de las verificaciones y pruebas indicadas en el apartado anterior se realizarán las indicadas a continuación.
CONDICIONES DE VERIFICACIÓN Y DIFERENCIAS ADMISIBLES
FRESADORAS CON MESA ORIENTABLE
Esta operación debe ser efectuada para la máxima rotación de la mesa.
Observaciones y referencias
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
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2
α
Esquema
Para α = 120º
0,08 mm.
Diferencia admisible
(A-B) ejes = ------------------− √2
Diferencia real entre los dos Verificación de la coplanariejes = (A-B). dad del eje de pivotamiento de la mesa y del eje del Para α = 90º husillo en un plano vertical. Diferencia real entre los
Propósito
MODO DE OPERACIÓN
Consola, carro transversal y bastidor pivotante bloqueados en el momento de las mediciones.
Observaciones y referencias
50
α
m m
m in
.
5. Se anota la nueva indicación del comparador (lectura B).
4. Sin modificar la posición del comparador se gira el mandrino 180º por giro del husillo y se orienta exactamente la mesa para llevarla a un plano vertical paralelo a la misma generatriz del mandrino cónico de control, como anteriormente.
3. Se anota la lectura del comparador (lectura A).
2. Se regula exactamente la orientación de la mesa en un plano vertical paralelo a la genaratriz del mandrino cónico de control, desplazando la mesa, sobre sus guías y manteniendo el comparador en contacto con el cono de control.
1. Estando la mesa orientada aproximadamente en un plano vertical paralelo a una de las generatrices del cono de control, se coloca el comparador en contacto con esta generatriz y se regula la altura de la mesa hasta llevar el Comparador y mandrino comparador a un plano cónico de control según figuhorizontal que contenga ra: el eje del madrino de control.
Instrumentos de medición
B
Nº
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
11
A
501
502
3
Nº
b)
a)
α
Esquema
α
Para α = 120º
0,05 mm.
Diferencia admisible
D
Comparador y disco especial, como se indica:
Instrumentos de medición
La diferencia entre el eje de pivotamiento de la mesa y el plano de simetría de la ranud ra media, o de referencia, es Verificación de la coplanarila diferencia entre las dos dad entre el eje de pivotalecturas registradas en el miento de la mesa y el eje comparador. de simetría de la ranura media, o de referencia, de Para α = 90º la mesa. La diferencia entre el eje de pivotamiento y el plano de simetría de la ranura media o, de referencia, es la diferencia entre las dos lecturas del comparador dividida por D = 80 mm. −− √ 2. d = anchura de la ranura en T en la mesa.
Propósito
- Se gira la mesa como en el apartado a) para llevarla a sus dos posiciones extremas y se anotan las indicaciones del comparador en cada una de estas dos posiciones.
b) Se desplaza el comparador para palpar el disco en un plano perpendicular al precedente.
- Se desplaza la mesa longitudinalmente hasta igualar las lecturas del comparador en las dos orientaciones extremas.
- Se hace girar la mesa para llevarla hasta la otra posición extrema, simétrica a la anterior y se anota la nueva lectura del comparador.
- Estando el comparador colocado sobre una parte fija de la máquina, se palpa el borde del disco en un plano vertical que pase aproximadamente por el eje del husillo y se anota su lectura.
- Se orienta la mesa en una de sus posiciones extremas (α = 90º o α = 120º).
a) Se fija el disco sobre la mesa, lo más próximo posible al eje de pivotamiento, introduciendo el cilindro de centrado d en la ranura media.
MODO DE OPERACIÓN
Carro transversal y consola bloqueados.
Observaciones y referencias
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
11
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4
Nº
Esquema Diferencia admisible
Instrumentos de medición Los desplazamientos de la mesa o del carro transversal deben realizarse mediante un número entero de vueltas del volante de mando o del husillo, sin intervención del nonio y para una longitud de desplazamiento próxima a 300 mm.
Observaciones y referencias
- Se ejecuta el ensayo en a) husillo de accionamiento a) 0,035 mm para I = 300 mm. Comparador y galga de tres posiciones diferendel desplazamiento lon- b) 0,035 mm para I = 300 mm. longitud. tes escalonadas sobre la gitudinal. longitud total del desplazamiento correspondienb) husillo de accionamiento te. del desplazamiento transversal. - Si el husillo de accionamiento ha sido verificado antes del montaje, por métodos más rigurosos, se puede obviar este ensayo mediante un certificado de control.
Medición del error acumulado sobre el paso helicoidal efectivo de los husillos de accionamiento:
Propósito
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
11
503
11
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta FRESADORAS CON MESA DE ALTURA FIJA. HUSILLO HORIZONTAL O VERTICAL CONDICIONES DE VERIFICACIÓN Y DIFERENCIAS ADMISIBLES Verificaciones geométricas Nº
Esquema
Propósito
a)
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Observaciones y referencias
b)
Verificación de la rectitud del desplazamiento vertical del cabezal porta-husillo: 1 b)
a)
Mesa en su posición central.
a) y b): 0,025 mm en Comparador y a) en el plano vertiuna longitud mediescuadra. cal de simetría de da de 300 mm. la máquina; b) en el plano vertical perpendicular al plano vertical de simetría.
Carro transversal y mesa bloqueados. Se coloca el comparador sobre el cabezal porta-husillo.
b)
a)
2 a)
b)
Verificación de la perpendicularidad de la superficie de la mesa al desplazamiento vertical del cabezal porta-husillo. a) 0,025 mm/300 mm Comparador y con α ≤ 90º. a) en el plano vertiescuadra. cal de simetría de b) 0,025 mm/300 mm. la máquina; b) en el plano vertical perpendicular al plano vertical de simetría.
Mesa en su posición central. Carro transversal y mesa bloqueados. Se bloquea el cabezal porta-husillo en el momento de efectuar la medición. Se coloca el comparador sobre el cabezal porta-husillo.
0,04 mm para longitudes hasta 1.000 mm. b
a 3
d
e
504
c
Por cada 1.000 mm suplementarios, se aumenta la toleranVerificación de la pla- cia en 0,005 mm. Nivel de precisión o nicidad de la superfiDiferencia máxima regla y calas. cie de la mesa. admisible 0,05 mm. Tolerancia local 0,02 mm para toda longitud medida de 300 mm.
Mesa y carro transversal en su posición central. Carro transversal bloqueado, mesa no bloqueada.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
El palpador del comparador debe situarse aproximadamente en la posición de trabajo de la herramienta.
b)
a)
4 b)
a)
Observaciones y referencias
Verificación del paralelismo de la sua) 0,025 mm para perficie de la mesa: toda longitud medida de 300 mm. a) a su desplazamiento transversal b) 0,025 mm para Regla y comparador. (o al desplazatoda longitud memiento transversal dida de 300 mm. del husillo); Diferencia máxima b) a su desplazaadmisible 0,05 mm. miento longitudinal.
La medición puede efectuarse sobre una regla colocada paralelamente a la superficie de la mesa. Si la longitud de la mesa es superior a 1.600 mm, el control debe efectuarse por desplazamientos sucesivos de la regla. Se coloca el comparador sobre una parte fija de la máquina. a) mesa y cabezal bloqueados; b) carro transversal y cabezal bloqueados.
a)
c)
A
b) 5
F
a) Medición del salto radial de rotación de la superficie exterior de centrado de la nariz del husillo (para máquinas que tengan superficie de cen- a) 0,01 mm. trado). b) 0,01 mm. b) Medición del desplazamiento c) 0,02 mm. axial periódico.
Comparador.
c) La distancia A del comparador al eje del husillo debe ser la mayor posible.
c) Medición del salto axial de rotación de la cara frontal de la nariz del husillo.
b) 6
a) b)
a)
Medición del salto radial de rotación del cono interior del husillo: a) 0,01 mm. a) a la salida del b) 0,02 mm. cono;
b) El valor de la fuerza F a aplicar en los controles b) y c) debe ser precisado por el constructor.
Comparador y mandrino de control.
b) a una distancia de 300 mm.
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Verificación del paralelismo del eje del husillo a la superficie de la mesa (únicamente para máquinas con husillo horizontal).
0,025 mm en una longitud medida de 300 mm (extremo Comparador y manlibre del mandrino drino de control. de control dirigido hacia abajo).
Mesa y carro transversal libres, cabezal bloqueado.
505
11
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Nº
Esquema
a)
8
Propósito
b)
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Verificación de la perpendicularidad del eje del husillo a la superficie de la mesa (únicamente para máquinas con a) 0,025 mm/300 mm husillo vertical). con α < 90º; Comparador. a) en el plano vertical de simetría de la b) 0,025 mm/300 mm.
Observaciones y referencias
Cabezal, mesa y carro transversal bloqueados.
máquina; b) en el plano vertical perpendicular al plano vertical de simetría.
b) 9 a)
Verificación del paralelismo del eje del a) 0,025 mm en una husillo al desplazalongitud medida miento transversal de 300 mm de la mesa o del (extremo libre cabezal (únicamente del mandrino de Comparador, manpara máquinas con control dirigido drino de control. husillo horizontal): hacia abajo);
Mesa en su posición central, cabezal bloqueado.
a) en un plano verti- b) 0,025 mm en una cal; longitud medida de 300 mm. b) en un plano horizontal.
10
0,01 mm para toda Verificación de la longitud medida de Regla y comparador rectitud de la ranura 500 mm. o calas, o microscomedia, o de referenpio e hilo tenso. Diferencia máxima cia de la mesa. admisible 0,03 mm.
11
Verificación de la perpendicularidad del eje del husillo a la ranura media, o 0,02 mm/300 mm1). de referencia de la mesa (únicamente para máquinas con husillo horizontal).
12
506
Verificación del paralelismo de la ranura media, o de referencia, al desplazamiento longitudinal de la mesa.
Mesa, en su posición central. Comparador.
0,015 mm para toda longitud medida de 300 mm. Comparador. Diferencia máxima admisible 0,04 mm.
La regla puede apoyar directamente sobre la mesa.
Mesa, carro transversal y cabezal bloqueados. 1)
Distancia entre los dos puntos palpados.
Carro transversal y cabezal bloqueados. Comparador en una parte fija de la máquina.
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11
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
a)
Verificación de la perpendicularidad del desplazamiento transversal de la 0,02 mm/300 mm. mesa (o del cabezal) al desplazamiento longitudinal de la mesa.
13 b)
Regla, escuadra y comparador.
Observaciones y referencias Se dispone la regla paralelamente al desplazamiento longitudinal de la mesa, después se coloca la escuadra apoyada contra la regla; se bloquea seguidamente la mesa en la posición central. Se controla seguidamente el desplazamiento transversal de la mesa. El comparador se debe colocar en una parte fija de la máquina.
a)
Verificación del paralelismo de la guía (o a) 0,02 mm en una longitud medida guías) del brazode 300 mm (brasoporte con eje del zo-soporte inclihusillo: nado hacia abajo); a) en el plano vertib) 0,02 mm en una cal; longitud medida b) en el plano horide 300 mm. zontal.
b)
14
a)
b)
a)
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Brazo(s)-soporte bloqueado(s).
b) Variante
a)
Comparador y, eventualmente, nivel de precisión.
b)
Verificación del paralelismo de la guía (o guías) del brazo- a) 0,02 mm en una soporte al desplazalongitud medida miento transversal de 300 mm. de la mesa: b) 0,02 mm en una a) en el plano vertilongitud medida cal; de 300 mm. b) en el plano horizontal.
507
11
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Se sitúa la luneta a 300 mm del extremo del husillo.
a)
La medición se debe efectuar lo más cerca posible de la luneta. Brazo bloqueado, luneta no sujeta por su soporte a la consola.
b)
a) 0,03 mm (eje de la luneta por debajo del eje del husillo);
1ª variante
Se coloca el comparador sobre el husillo con el palpador en el orificio interior de la luneta.
b) 0,03 mm. Coincidencia del eje de la luneta con el eje del husillo: 15
Comparador y mandrino de control.
a) en el plano vertical; b) en el plano horizontal. 2ª variante A)
B) b) a)
a)
508
b)
Observaciones y referencias
a) 0,04 mm para toda longitud medida de 300 mm (mandrino inclinado hacia abajo, lado luneta); b) 0,03 mm para toda longitud medida de 300 mm.
La lectura del comparador debe ser dividida por 2 para comparación con la diferencia admisible. a) El extremo del mandrino o del husillo se introduce en la luneta. b) La luneta se coloca en el centro del mandrino o del eje portafresas. La lectura del comparador no debe ser dividida por 2.
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1
E
L
l
B
l
l
H
C
E
A
l
L
B
16 mm
l
l
D
16 mm
1. Recorridos longitudinales ≥ 400 mm: se utilizan una o dos piezas de ensayo, a mecanizar en sentido longitudinal, sobre una longitud l, en cada extremo. 2. Recorridos longitudinales < 400 mm: se utiliza una pieza de ensayo a mecanizar sobre toda su longitud. 3. Material: acero o fundición.
NOTAS (relativas a las fresadoras con husillo vertical y a las fresadoras con husillo horizontal).
L (longitud de la pieza de ensayo o distancia entre las caras extremas de las dos piezas de ensayo) = 1/2 recorrido longitudinal. I=h = 1/8 recorrido longitudinal. I máx. = 100 mm: para L ≤ 500 mm. 150 mm: para 500 mm < L ≤ 1.000 mm. 200 mm: para L > 1.000 mm. l mín. = 50 mm.
C
A
16 mm
Esquemas y dimensiones de las piezas de ensayo
h
h
© ITES-PARANINFO 16 mm
Nº
H
Prueba práctica Condiciones de ejecución
Verificación a realizar
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Fresado de la cara B a) La cara B en cada por desplazamiento pieza debe ser plana. longitudinal automático de la mesa y verb) Los planos que contical manual del Con una fresa cilíndritienen las bandas C, cabezal, en dos pasa- ca trabajando frontalA y D deben ser per- a) 0,02 mm. Regla y calas, micródas solapándose de mente. pendiculares entre b) 0,02 mm en 100 mm. metro. 5 mm a 10 mm. sí y cada uno de Con la misma fresa traEscuadra y calas. ellos perpendicular c) 0,03 mm. Fresado de las ban- bajando tangenciala la superficie. das de las caras A, C mente. y D por desplazac) La altura H de cada miento longitudinal pieza o piezas debe automático de la ser constante. mesa, vertical automático del husillo y transversal manual del carro.
B) Fresadoras con husillo horizontal.
Fresado de la cara A a) La cara A en cada por desplazamiento pieza debe ser plana. longitudinal automáb) La altura H de la tico de la mesa y pieza o piezas debe transversal manual Con una fresa cilíndriser constante. del carro en dos ca trabajando frontala) 0,02 mm. Regla y calas, micrópasadas solapándo- mente. c) Los planos que conmetro. b) 0,03 mm. se de 5 mm a 10 mm. tienen las bandas de Con la misma fresa tralas superficies B, C y c) 0,02 mm en 100 mm. Escuadra y calas. Fresado de las ban- bajando tangencialD deben ser perpendas de las caras B, C mente. diculares entre sí y y D por desplazacada uno de ellos miento longitudinal perpendicular a la automático de la superficie A. mesa, transversal automático del carro y vertical manual del cabezal.
A) Fresadora con husillo vertical.
Naturaleza de la prueba
Se bloquean todos los órganos móviles que no intervienen en las operaciones de corte.
(La fresa debe ser afilada sobre su mandrino.)
3) Salto axial de rotación: 0,03 mm.
2) Salto radial de rotación: 0,02 mm.
1) Defecto de cilindricidad: 0,02 mm.
Montada la fresa se recomiendan las siguientes tolerancias:
NOTA - Por acuerdo entre el constructor y el usuario la forma de la pieza que figura en el esquema se puede reemplazar por una forma más sencilla con caras planas; el ensayo ejecutado con esta forma simplificada debe ser al menos tan severo como con la forma del esquema.
Las piezas de ensayo se deben colocar en el eje longitudinal de la mesa y de tal manera que la longitud L esté igualmente repartida de una parte y de otra del centro de la mesa.
Antes de comenzar la prueba se debe verificar que la cara E es plana.
Observaciones y referencias
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
11
509
11
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Rectificadora cilíndrica de exteriores Esta pauta sólo es aplicable a las rectificadoras cilíndricas de exteriores con mesa móvil y cabezal porta-muela fijo, de uso general y precisión normal, con diámetros admisibles hasta 800 mm y distancia entre puntos hasta 4.000 mm. Cuando se requiera, el valor mínimo de la tolerancia general a considerar deberá ser de 0,001 mm. Las normas relacionadas son:
z UNE 1-121: Dibujos técnicos. Tolerancias de forma y posición. Parte 1: Generalidades, símbolos e indicaciones en los dibujos. z UNE 15-300: Código de verificación de las máquinasherramienta. Precisión geométrica de las máquinas funcionando en vacío o en condiciones de acabado. z ISO 2433:1984: Norma internacional para el control de la precisión de las rectificadoras cilíndricas de exteriores con mesa móvil.
RECTIFICADORAS CILÍNDRICAS DE EXTERIORES CON MESA MÓVIL. CONTROL DE LA PRECISIÓN CONDICIONES DE VERIFICACIÓN Y DIFERENCIAS ADMISIBLES Verificaciones geométricas Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
a) Las mediciones deben efectuarse en diferentes puntos igualmente espaciados en toda la longitud de las guías.
a) 0,02 mm para longitudes hasta 1.000 mm. BANCADA Verificación de la nivelación de las guías. a) en dirección longitudinal:
Por cada 1.000 mm suplementarios se aumenta la tolerancia en: 0,015 mm Diferencia máxima admisible:
Observaciones y referencias
Para las máquinas que descansan sobre tres puntos de apoyo o de distancia entre puntos inferior a 1.000 mm, no es necesario desmontar la mesa. En este caso, el nivel debe ser situado sucesivamente sobre las guías, en su partes descubiertas, y sobre la mesa. Mesa en su posición central.
Nivel de precisión, procedimientos ópticos u otros.
0,05 mm - rectitud de las guías en el Tolerancia local: plano vertical. 0,005 mm para cualquier longitud medida de 250 mm
1
b)
en dirección transversal: - paralelismo de las guías en el plano vertical.
b) Variación nivel:
de
EP* ≤ 500 mm 0,02 mm/1.000 mm Nivel de precisión. EP* > 500 mm 0,04 mm/1.000 mm
b) Un nivel situado transversalmente sobre las guías no debe indicar variación de inclinación que exceda la tolerancia, en ningún punto de medición a lo largo de las guías. *
EP: Distancia entre puntos.
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Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Observaciones y referencias
0,02 mm para longitudes hasta 1.000 mm. Por cada 1.000 mm suplementarios se aumenta la tolerancia en 0,02 mm
A
Verificación de la rectitud de las guías Diferencia máxima en un plano horizon- admisible: tal. 0,05 mm Tolerancia local:
El comparador, fijado sobre un soporte transversal A de forma conveniente y que pueda deslizarse en las guías, palpa una regla orientada paralelamente a las guías.
0,006 mm para cualquier longitud medida de 300 mm Regla, soporte transversal y comparador o microscopio e hilo tenso.
2
1)
2) Hilo
Diferencia
(Estas variantes sólo se utilizan para las máquinas pequeñas, en las que la mesa no requiere ser desmontada.)
0,01 mm para longitudes hasta 1.000 mm.
Por cada 1.000 mm suplementarios se Verificación de la aumenta la toleranrectitud del despla- cia en: 0,01 mm zamiento longitudi- Diferencia máxima nal de la mesa en el admisible: 0,025 mm plano horizontal.
0,01 mm para longitudes hasta 1.000 mm.
3
Por cada 1.000 mm suplementarios se Verificación del paaumenta la toleranralelismo de las sucia en: perficies de referencia para el cabezal 0,01 mm portapiezas y el conComparador (es). trapunto al desplaza- Diferencia máxima miento longitudinal- admisible: mente de la mesa 0,03 mm (caso de mesas móTolerancia local: viles). 0,003 mm para cualquier longitud medida de 300 mm.
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En la variante 1), el soporte del comparador se coloca sobre una parte fija de la máquina, el palpador toca la cara útil de una regla orientada paralelamente al desplazamiento longitudinal de la mesa.
Se coloca el (o los) comparadores sobre una parte fija de la máquina y se palpan las superficies de referencia para el cabezal porta-piezas y el contrapunto. El reglaje de la mesa se efectúa en el curso de esta operación y no debe ser modificado para realizar las operaciones 6, 7 y 8.
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Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Observaciones y referencias
CABEZAL PORTA-PIEZA (Las verificaciones 4 y 5 sólo se aplican a las máquinas provistas de un husillo giratorio).
a)
F
4
Da
b) El valor de la fuerza F a aplicar en los controles b) y c) debe ser precisado por el constructor.
1. Medición del salto radial de rotación del eje del cono del husillo:
2
1)
Comparador.
c) Medición del salto axial de rotación de la cara de apoyo que recibe el plato (comprendido el desplazamiento axial periódico).
b)
c)
a) Medición del salto radial de rotación del cono de centrado exterior del a) 0,005 mm; husillo. b) 0,005 mm; b) Medición del desc) 0,01 mm. plazamiento axial periódico del husillo.
a)
b)
a) 0,005 mm; a) a la salida del b) 0,015 mm para Comparador y manalojamiento; una longitud medi- drino de control. b) a una distancia da de 300 mm. de la salida igual a Da*/2 o como máximo igual a 300 mm.
5
2) 1. Medición del salto radial de rotación del cono del punto del husillo. F α
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a) En el caso de una nariz de husillo cónico, el comparador debe estar colocado perpendicularmente a la superficie palpada.
0,005 mm.
Comparador.
* Da es el diámetro máximo admisible de rectificado.
Con el comparador colocado perpendicular a la superficie cónica, hay que tener en cuenta que la tolerancia está dada en el plano perpendicular al eje del husillo. Las lecturas hechas deben dividirse por el cos α, siendo α el semiángulo en la punta del cono. El valor de la fuerza F a aplicar debe ser precisado por el constructor.
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Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Observaciones y referencias
Comparador y mandrino de control.
No se debe modificar el reglaje de la mesa efectuado en 3.
1. Husillo fijo Verificación del a) 0,025 mm/300 mm paralelismo del (extremo del mancono interior del drino hacia la eje al movimienmuela); to de la mesa: b) 0,025 mm/300 mm a) en el plano hori(extremo del manzontal; drino hacia arriba). b) en el plano vertical.
b) 6
2 Husillo giratorio a)
Verificación del paralelismo del a) 0,01 mm/300 mm (extremo del maneje del husillo al drino hacia la desplazamiento muela); longitudinal de la mesa: b) 0,01 mm/300 mm (extremo del mana) en el plano horidrino hacia arriba). zontal; b) en el plano vertical. CONTRAPUNTO Verificación del paa) 0,015 mm/300 mm ralelismo del eje del (extremo del mancono interior del drino hacia la contrapunto al desmuela); Comparador y manplazamiento de la mesa: b) 0,015 mm/300 mm drino de control. (extremo del mana) en el plano horidrino dirigido zontal; hacia arriba). b) en el plano vertical.
b) 7 a)
a) 8
b)
Verificación del paralelismo del desplazamiento de la mesa al eje entre a) 0,02 mm; Comparador y cilinpuntos: b) 0,02 mm (contra- dro (o regla) o propunto por enci- cedimientos ópticos. a) en el plano horima). zontal;
No se debe modificar el reglaje de la mesa efectuado en 3.
No se debe modificar el reglaje de la mesa efectuado en 3.
b) en el plano vertical.
a) Véanse las observaciones de la operación 4. El salto radial debe ser efectuado en los dos extremos del cono. a) b)
9 F
CABEZAL PORTA-MUELA a) Medición del salto radial de rota- a) 0,005 mm en las dos secciones palción del husillo padas; porta-muela. b) Medición del des- b) 0,01 mm. plazamiento axial periódico del husillo porta-muela.
Comparador.
Los métodos indicados se aplican únicamente a los husillos sobre cojinetes lisos o de rodadura. Para husillos de centrado automático véase el punto 6.6.1.2.3 de la UNE 15-300. b) El valor de la fuerza F a aplicar en las verificaciones a) y b) debe ser precisado por el constructor.
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Nº
Esquema
Propósito
b) 10
a)
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Observaciones y referencias
Verificación del paralelismo del eje del husillo porta- a) 0,03 mm/300 mm; muela al desplazamiento de la mesa: b) 0,03 mm/300 mm Comparador y man(extremo del man- drino de control. a) en un plano horidrino dirigido zontal; hacia arriba). b) en un plano vertical.
Verificación de la perpendicularidad del desplazamiento transversal del carro porta-muela al desplazamiento longitudinal de la mesa.
H1
H2
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Medición de la diferencia entre la altura H1 del eje del husillo del cabezal portapieza y la altura H2, del eje del husillo porta-muela, con referencia a un plano paralelo al eje del husillo portamuela y al desplazamiento transversal del carro portamuela.
0,02 mm/300 mm.
Comparador y escuadra.
0,4 mm
Mandrinos de control, comparador.
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Regla y calas.
Verificación suplementaria en el caso de mesas giratorias. Paralelismo del plano de colocación y giro de la mesa al desplazamiento transversal del carro porta-muela.
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0,05 mm para todo el recorrido.
Se coloca sobre la mesa una escuadra en la que uno de los lados estará orientado paralelamente al desplazamiento de la mesa. Se fija un comparador al carro porta-muela. Se palpa durante el desplazamiento transversal el otro lado de la escuadra. Se fijan en el husillo del cabezal portapieza y del cabezal porta-muela, dos mandrinos de control del mismo diámetro. Se coloca el cabezal porta-pieza de forma que las secciones medias de los dos mandrinos de control se encuentran aproximadamente situadas en un plano paralelo al desplazamiento del cabezal porta-muela. Sobre unas calas apoyadas en una parte fija de la máquina se coloca una regla paralelamente al plano anterior. Se fija un comparador sobre el cabezal porta-muela, y se palpa la cara útil de la regla dirigida hacia los mandrinos. Se ajusta la regla mediante las calas, hasta posicionarla paralelamente al desplazamiento del cabezal porta-muelas. Se miden las distancias respectivas de cada uno de los mandrinos a la regla y se compara su diferencia con la diferencia admisible. Siguiendo con el procedimiento de ensayo arriba mencionado, se orienta y bloquea la mesa primero en su posición media para realizar la alineación de la regla y después en sus posiciones extremas de giro, para realizar las mediciones.
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Nº
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Esquema
Propósito
Verificación de la repetibilidad del posicionamiento del cabezal porta-muela, en aproximación de acabado.
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Da* ≤ 500 mm 0,002 mm Comparador. Da* > 500 mm 0,004 mm
Observaciones y referencias Se deben efectuar seis operaciones sucesivas de posicionamiento del cabezal porta-muela, el desplazamiento se obtendrá por un avance rápido seguido de un avance lento. * Da es el diámetro máximo admisible de rectificado.
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516
2
1
Nº
1.000
1.500
1.500 < EP ≤ 3.000
EP > 3.000
dmáx = 400 mm
dmáx = 100 mm
Material: acero
I = 0,25 a 0,5 d
dmín = 100 mm
I = 0,5 d
dmín = 40 mm
EP* ≤ 1.500 mm
150
100
63
32
16
dmin mm
EP* > 1.500 mm
630
630 < EP ≤ 1.500
Material: acero
315
630
160
315
EP ≤
I mm
315 < EP ≤
EP* mm
Esquemas y dimensiones de las piezas de ensayo
Pruebas prácticas Condiciones de ejecución
Rectificado de una pieza cilíndrica colocada sobre el plato.
Caso de husillos giratorios.
Rectificado de una Rectificado sin luneta pieza cilíndrica coloca- sobre toda la longitud da entre puntos. de la pieza.
Naturaleza de la prueba
Redondez (diferencia entre el diámetro mayor y menor de una sección transversal dada).
(Diferencia entre el diámetro mayor y menor de una sección longitudinal dada.)
b) Cilindricidad.
a) Redondez.
Verificación prevista
0,005 mm para el diámetro de la pieza de 100 mm.
EP > 1.500 mm:
0,005 mm
EP ≤ 1.500 mm:
I = 160 mm: 0,003 mm I = 315 mm: 0,005 mm I = 630 mm: 0,008 mm I = 1.000 mm: 0,01 mm I = 1.500 mm: 0,015 mm
b)
0,003 mm para I ≤ 630 mm 0,005 mm para I > 630 mm
a)
Diferencia admisible
Instrumento de medición de precisión.
Instrumento de medición de precisión.
Instrumentos de medición
* EP es la distancia entre puntos.
NOTA - Cualquier conicidad debe presentar el mayor diámetro en la zona del cabezal portapieza.
Para la redondez, se controlan varias secciones de la pieza y se toman como resultado de las mediciones, la mayor diferencia obtenida.
Observaciones y referencias
Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Placas (mesas) porta-piezas
Montaje y utilización
La norma UNE 15-217-92 define como placa porta-pieza (para máquinas-herramienta): Placa que presenta una nervadura interior y ranuras en T sobre su «cara útil».
La fijación al suelo se asegura mediante tornillos o pernos. La nivelación se realiza mediante dispositivos apropiados.
Las medidas de estas placas son variables. Las placas de grandes dimensiones están constituidas, a menudo, de varios elementos, idénticos o no. La verificación de estas placas está asociada a las de las máquinas sobre la que van montadas, por lo que es necesario que éstas hayan sido verificadas previamente. En los casos de mandrinadora-fresadora, nos remitimos a las normas UNE 15-305 y UNE 15-307. Cuando se requiera, el valor mínimo de la tolerancia general a considerar deberá ser de 0,01 mm. Las normas relacionadas son:
Cada placa se monta –habitualmente- al lado de la bancada de la máquina. Habitualmente son fresadoras de gran capacidad (columna móvil, centros de fresado, etc.) y/o mandrinadoras. Se coloca de tal manera que los ejes de sus ranuras en T sean paralelos o perpendiculares al eje del husillo. Desplazamiento vertical del cabezal (eje Y) Desplazamiento transversal de la columna (eje X)
z UNE 15-300: Código de verificación de las máquinasherramienta. Precisión geométrica de las máquinas funcionando en vacío o en condiciones de acabado.
Desplazamiento longitudinal de la columna
z UNE 15-305: Mandrinadoras-fresadoras con husillo horizontal. Generalidades y terminología. z UNE 15-307: Mandrinadoras-fresadoras con husillo horizontal. Máquinas de columna móvil. Control de la precisión.
Desplazamiento axial del husillo (eje Z)
Placa
(eje W)
z ISO 7572:1984: Norma internacional para el control de la precisión e instalación de las placas porta-piezas para máquinas-herramienta.
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta PLACAS PORTA-PIEZAS PARA MÁQUINAS-HERRAMIENTA. INSTALACIÓN CONDICIONES DE VERIFICACIÓN, DE INSTALACIÓN Y DIFERENCIAS ADMISIBLES Verificaciones geométricas Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Observaciones y referencias
Placa-Calidad A 0,05 mm hasta 1.000 mm. Por cada 1.000 mm suplementarios a partir de 1.000 mm, se aumenta la tolerancia precedente en 0,02 mm
Verificación de la planicidad de la superficie de la placa.
1
Diferencia máxima admisible: 0,15 mm Placa-Calidad B
Nivel de precisión o procedimientos ópticos.
0,08 mm hasta 1.000 mm a
Por cada 1.000 mm suplementarios a partir de 1.000 mm, se aumenta la tolerancia precedente en 0,03 mm
b
Diferencia máxima admisible: 0,04 mm Placa-Calidad A 0,02 mm para toda longitud medida de 1.000 mm
2
Verificación de la rectitud de la ranura media (o de referencia) en T o de cualquier otra cara de referencia de la placa.
Diferencia máxima admisible: 0,1 mm Placa-Calidad B
Regla y comparador La regla se puede o microscopio e apoyar directamente hilo tenso o procesobre la placa. dimientos ópticos.
0,035 mm para toda longitud medida de 1.000 mm Diferencia máxima admisible: 0,3 mm
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
El comparador puede palpar la cara útil de una regla colocada sobre la placa.
Placa-Calidad A
2
Verificación del paralelismo de la superficie de la placa al desplazamiento longitudinal de la columna (eje W).
1
0,065 mm para toda longitud medida de 1.000 mm Placa-Calidad B 0,13 mm para toda longitud medida de 1.000 mm
Observaciones y referencias
Se realiza este control para tres posiciones de la columRegla y comparador na a lo largo de la o procedimientos bancada: ópticos. - en mitad de su recorrido (posición 1): y - en sus dos extremos (posiciones 2 y 3).
3
3 Alternativa - Cuando la columna no posee desplazamiento según el eje W Columna bloqueada en el momento de las mediciones. Verificación de la perpendicularidad de la superficie de la placa al desplazamiento vertical del cabezal (eje Y) en un plano vertical que pasa por el eje del husillo.
Placa-Calidad A 0,10 / 1.000 mm Placa-Calidad B 0,20 / 1.000 mm
Escuadra de precisión y comparador o procedimientos ópticos.
Se realiza este control para tres posiciones de la columna a lo largo de la bancada: - en mitad de su recorrido (posición 1): y - en sus dos extremos (posiciones 2 y 3).
2 1 3
Placa-Calidad A 0,09 mm hasta 1.000 mm
4
Verificación del paralelismo de la ranura media (o de referencia) en T o de cualquier otra cara de referencia de la placa al desplazamiento transversal de la columna (eje X).
Por cada 1.000 mm suplementarios por encima de 1.000 mm, aumentar la tolerancia precedente en 0,025 mm Diferencia máxima admisible: 0,25 mm Placa-Calidad B
Comparador o procedimientos ópticos.
0,10 mm hasta 1.000 mm Por cada 1.000 mm suplementarios por encima de 1.000 mm, aumentar la tolerancia precedente en 0,04 mm Diferencia máxima admisible: 0,45 mm
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Regulación de los elementos móviles de las máquinas-herramienta
Nº
Esquema
Propósito
Diferencia admisible
Instrumentos de medición
Observaciones y referencias
Placa-Calidad A 0,10 mm hasta 1.000 mm
5
Verificación del paralelismo de la superficie de la placa al desplazamiento transversal de la columna (eje X).
Por cada 1.000 mm suplementarios por encima de 1.000 mm, aumentar la tolerancia precedente en 0,025 mm Diferencia máxima admisible: 0,30 mm Placa-Calidad B
El comparador puede Regla y comparador palpar la cara útil de o procedimientos una regla colocada ópticos. sobre la placa.
0,15 mm hasta 1.000 mm Por cada 1.000 mm suplementarios por encima de 1.000 mm, aumentar la tolerancia precedente en 0,04 mm Diferencia máxima admisible: 0,60 mm
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Mantenimiento básico y su gestión
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Contenido BLOQUE 1. Matenimiento de máquinas y equipos z z z z
Introducción. Etapas del mantenimiento. Tipos de mantenimiento. Grados de intervención.
BLOQUE 2. Automantenimiento z z z z
Introducción. Tareas a desarrollar. Incidencias. Fichas útiles.
BLOQUE 3. Gestión del mantenimiento z Introducción. z Planteamiento de TPM: z Política de la empresa. z Puntos básicos de actuación. z Mantenimiento de averías. z Mantenimiento preventivo. z Mantenimiento productivo. z Dinámica del TPM.
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Mantenimiento básico y su gestión
Bloque 1. Mantenimiento de máquinas y equipos Haciendo honor a la verdad, lo que aquí presentamos es una ínfima muestra de lo que se conoce como MANTENIMIENTO, cuyo campo es tan vasto que podemos hablar de «ingeniería del mantenimiento». Daremos unas pinceladas básicas para poder comprender ciertas cuestiones relacionadas, que no son más que esbozos de un contexto mucho más amplio, pero que podemos utilizar en el quehacer diario en un taller de mecanizado. En su desarrollo industrial, cualquier empresa que haya querido mantener una posición avanzada, su aspecto productivo ha evolucionado según tres fases: a) Cantidad. En esta fase, la prioridad es producir al máximo con el mínimo coste, por lo que se desarrollan métodos de trabajo muy especializados contemplando la calidad en segundo término y se prima la cantidad de producto fabricado. b) Calidad. En esta segunda fase, se desarrollan técnicas para el control y mantenimiento de la calidad, por tanto, su objetivo es producir con calidad. Así pues, las máquinas y sistemas se renuevan y actualizan de forma científica, elevando el nivel tecnológico de las mismas. c) Disponibilidad. El objetivo de esta fase es la productividad máxima, esto es: máxima producción con el mínimo coste y la máxima calidad. Para ello será necesario disponer de equipos productivos: z con las mínimas incidencias y averías, z que éstas se solucionen y reparen fácilmente, z que mantengan un nivel de calidad constante. Fases del desarrollo industrial
2ª fase: CALIDAD de la producción
Producir a bajo coste.
Técnicas Control Calidad.
Producir cantidad.
Prioridad de la Calidad.
La Calidad no es prioritaria.
La Calidad es tarea de todos (responsabilizar de trabajo bien hecho).
Los equipos de producción carecen de importancia (la mano de obra debe producir).
z criticados -ineficaces y costosos- en plena avería. Afortunadamente, el mantenimiento también ha evolucionado coincidiendo más o menos con las fases productivas:
Introducción
1ª fase: CANTIDAD de producción
z ignorados mientras las máquinas han estado funcionando, y
Se determinan indicadores de seguimiento. Los equipos de producción deben producir con Calidad.
1. Mantenimiento por rotura: Aproximadamente hasta finales de la década de 1940 con una estructura mínima, esto es: engrase y ajustes mecánicos. Se ajustaba a las condiciones de la maquinaria de la época, sencilla, fiable y fácil de reparar. 2. Mantenimiento planificado (PM): El aumento de la automatización en los procesos de mecanizado y productivos en general, así como su mantenimiento más complejo, provocó que en EE.UU. -en la década de 1950- se desarrollara el concepto de Mantenimiento Preventivo. En la década de 1960 -también en EE.UU.- se desarrolla el concepto de Mantenimiento Predictivo, con el objetivo no solamente de reparar las máquinas y/o equipos, sino también planificar y mejorar la productividad mediante adecuadas acciones de mejora en los mismos. Por tanto, el mantenimiento planificado engloba el mantenimiento correctivo, preventivo, predictivo y la mejora. 3. Mantenimiento Productivo Total (TPM): Aunque el TPM fue desarrollado por primera vez en 1969 en la empresa japonesa Nippondenso -grupo Toyota- y generalizándose en Japón a partir de 1971, esta etapa no se impulsa en nuestro contexto hasta el final de la década de 1980, tomando como base el concepto americano del PM que se había adoptado en la etapa anterior -que separaba al personal de mantenimiento del de producción- y evolucionando hacia el Mantenimiento y Mejora de la maquinaria y equipos con la implicación de todas las partes que intervienen en el/los proceso/s.
1ª. ETAPA
Mantenimiento por rotura (averías)
3ª fase: DISPONIBILIDAD (calidad de los equipos productivos)
Producir mínimo coste y máxima calidad.
Mantenimiento correctivo
Mantenimiento preventivo
Mantenimiento predictivo
2ª. ETAPA
Obtener máxima disponibilidad equipos de producción.
Mantenimiento planificado (PM)
Integrar en la inversión de equipos todas las funciones relacionadas con la producción.
Extender en el conjunto de la estructura de la producción la participación en las tareas de Mantenimiento
Influencia del Mantenimiento. PRODUCTIVIDAD elevada y COMPETITIVIDAD. 3ª. ETAPA
Etapas del mantenimiento Los trabajos de mantenimiento no siempre se han contemplado igual. Durante las dos primeras fases de la producción -vistas en la introducción- han sido sus chivos expiatorios:
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TPM Total Productive Maintenance
MANTENIMIENTO INTEGRADO EN LA PRODUCCIÓN (Prevención-Predicción-Mejora-Acción en Nuevos Proyectos)
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Mantenimiento básico y su gestión
Tipos de mantenimiento Sentando la base de que toda máquina (torno, fresadora, mandrinadora, rectificadora, etc.) o equipo está proyectado para unas características idóneas de los mecanizados a ejecutar, los trabajos de mantenimiento deben incluir todas las actividades necesarias para garantizar de la mejor forma posible la continuidad de estas características originales, así como máxima disponibilidad para ejecutar los mecanizados contemplados en su diseño.
Planteamientos del mantenimiento
PREVENTIVO Predictivo
CORRECTIVO (por rotura)
Inspeccionando y reparando de manera planificada
Reparación de averías y/o fallos
Evitar averías (continuidad en la producción)
Rapidez en la reparación
MEJORA o Reforma
Analizando las anomalías encontradas
Modificación correspondiente
Por los desgastes producidos como consecuencia del trabajo, el uso inadecuado, etc., las características originales supuestamente perfectas se alteran. Así pues, una de las ocupaciones del servicio de mantenimiento será reparar y/o recomponer la máquina o el equipo que haya perdido alguna de sus características.
Mantenimientos: Preventivo, Correctivo, de Mejora, Predictivo... Inspeccionando y reparando de forma planificada antes que los desgastes y desajustes produzcan averías, conseguiremos una continuidad adecuada. A este tipo de actuaciones se le denomina «Mantenimiento Preventivo». Pero, incluso aplicándolo adecuadamente, siempre aparecen averías imprevistas, producidas por: z faltas no visibles, por tanto, no detectadas en inspecciones preventivas, o bien, z posibles errores o negligencias del personal que manipula las máquinas, por falta de instrucciones, preparación, información, etc. Cuando esto sucede, se plantea la reparación de emergencia, también conocido como «Mantenimiento de Rotura» o «Correctivo», que evidentemente no puede ser planificado de antemano. En ambos casos, la reparación debe efectuarse de manera que la máquina o el equipo afectado mantengan las características originales, o bien, a la vista de las anomalías encontradas realizar determinadas modificaciones con el objetivo de aumentar la eficacia de la reparación y de la vida de la máquina o del equipo, por ejemplo: sustituir husillos roscados por husillos de bolas, mejorando la precisión de los desplazamientos y el sistema de engrase. Esto constituye un tercer tipo, el llamado «Mantenimiento de Mejora». Por tanto, dentro del mantenimiento, existen distintas maneras de realizar los trabajos, que comprenden desde reparar instantáneamente cuando se detecta un desgaste para no llegar a un peligro de parada o problema de calidad, hasta el extremo opuesto que sería esperar a que el desgaste o anomalía repercuta en la calidad del producto mecanizado y/o provoque la parada final de la máquina o del equipo. Ambos extremos no son aconsejables puesto que son antieconómicos, por lo que es conveniente establecer los límites o tolerancias de desgaste que determinen cómo y cuándo se debe intervenir (predecir-prevenir) en cada caso. En el esquema que sigue mostramos los conceptos básicos de las operaciones de mantenimiento aceptados actualmente. Así mismo, podemos determinar la existencia de importantes correspondencias entre los diferentes tipos de mantenimiento presentados y las etapas de la evolución de mantenimiento, descritas anteriormente.
La actividad económica de una empresa de mecanizado -mayoritariamente- es el resultado del conjunto de aportaciones procedentes de las máquinas, equipos, mano de obra, etc., por lo que observando la rentabilidad de una máquina o equipo, concluiremos que su rendimiento máximo lo proporcionará cuando trabaje ininterrumpidamente las horas asignadas a diario todos los días laborables del año. Por tanto, la pérdida de producción provocada por una avería, queda incrementada por las repercusiones económicas mencionadas. Así pues, la principal premisa que se plantea al mantenimiento es: evitar averías y que los trabajos de mantenimiento no absorban el tiempo de producción, o en todo caso, el mínimo imprescindible.
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Mantenimiento básico y su gestión No siendo del todo correcto, se tiende a plantear que cada uno de los nuevos tipos de mantenimiento que han ido apareciendo han dejado obsoletos los tipos anteriores, por ejemplo: que el Mantenimiento Preventivo Sistemático sea una superación del Mantenimiento Correctivo; y el Mantenimiento Predictivo una superación del Mantenimiento Preventivo Sistemático. Esto no es así, ya que deben contemplarse distintos factores, especialmente el que determina el tipo de mantenimiento que se desea implantar.
Grados de intervención Organizativamente es recomendable estructurar las funciones de mantenimiento en cinco grados de intervención, muy parecidos, aunque con algunos matices de cierta importancia: 1.er Grado. Actualmente integrado en las técnicas TPM, es asumido por los operarios de fabricación que manipulan las máquinas (tornos, fresadoras, mandrinadoras, etc.) y/o equipos, los cuales, además de ejecutar los procedimientos de mecanizado: a) aseguran los cambios y reglajes de herramientas y útiles en las máquinas, así como la primera intervención ante una incidencia o parada, b) avisan, si persiste la incidencia, a los especialistas ayudándoles en el diagnóstico y la reparación, c) asumen la función de vigilancia observando el comportamiento de las máquinas según las instrucciones del fabricante y de los métodos de mecanizado. Ello permite actuar o avisar a mantenimiento ante cualquier anomalía en el funcionamiento para que se planifique una intervención fuera del tiempo productivo. d) se encargan y aseguran el primer nivel del «Mantenimiento Preventivo» dentro del TPM. Este mantenimiento consiste en: limpieza, engrase, control de distintos parámetros de funcionamiento, etc.; es decir, mantener las máquinas y/o equipos en estado de referencia.
2.º Grado. También integrado actualmente en el desarrollo del TPM, es asumido por los especialistas electro-mecánicos e hidroneumáticos actuando por solicitud del 1er. grado de intervención en función de la naturaleza y diagnóstico de la incidencia, asegurando a su vez, el «Mantenimiento Preventivo Programado». Suelen estar integrados en las líneas de producción, de manera que sus diagnósticos e intervenciones son rápidos, asegurando así el funcionamiento continuo de las máquinas. Cuando la reparación sobrepasa sus posibilidades, establecen un diagnóstico más ajustado y trasladan la solicitud al servicio correspondiente (fabricante, 3er. grado de intervención, etc.)
3er. Grado. Está constituido por profesionales del mantenimiento, teniendo como funciones: z el Mantenimiento Preventivo Condicional, z el Mantenimiento Preventivo Programado, z la mejora del mantenimiento y la propuesta de mejoras y modificaciones de máquinas y equipos (puesta a punto técnica), z la reparación de averías complejas. Para poder desarrollar sus tareas en condiciones, deben estar bien informados por los operadores del 1er y 2º grado, lo que refleja la importancia de la comunicación y el trabajo en equipo. 4º. Grado. Se puede considerar como la Ingeniería del Mantenimiento. Conformado por Técnicos Superiores de Mantenimiento que, como «especialistas en la función global del mantenimiento» participan en los diferentes estadios de un sistema de producción. 5º. Grado. Es el conocido «Mantenimiento Contratado» que actualmente se está implantando, aunque la opinión general de los responsables de fabricación y mantenimiento es que debe realizarse en la propia empresa, con el objetivo de no perder el «saber-hacer».
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Mantenimiento básico y su gestión A pesar de ello, hay que considerar todos los casos: llamada a los fabricantes de las máquinas y/o de los equipos para el arranque y seguimiento inicial de automatismos, equipos CNC, autómatas, informática industrial aplicada y sus programas, mantenimiento de equipos y máquinas muy especiales, etc.
2. Comprobación de desgastes mediante: z inspecciones diarias, z inspecciones periódicas.
Bloque 2. Automantenimiento Introducción Aunque ya hemos hecho referencia a ello, cabe recordar que la principal función del Automantenimiento es mantener las máquinas y/o equipos e instalaciones en óptimas condiciones de:
Centro de mecanizado Urban 1650. Kondia.
z limpieza, z engrase, z seguridad de funcionamiento, z elementos en movimientos y sus medios de control ajustados, z vigilancia de su estado, notificando las posibles deficiencias mediante una Revisión o Inspección. De esta manera se realiza un mantenimiento condicional, por lo que las operaciones a realizar estarán orientadas a: 1. Prevención y/o predicción de estados de desgaste en las máquinas y/o equipos mediante: z ejecución correcta de las operaciones y maniobras, z limpieza y engrase adecuado, z historial de actuaciones frente averías.
3. Puesta en marcha de las máquinas y/o equipos mediante: z rearme de las instalaciones, z trabajos de mantenimiento con cambios de piezas y otros componentes, z cambios de herramientas y utillajes, z intercomunicación con otros servicios de mantenimiento para averías de difícil resolución.
Tareas a desarrollar Las tareas que relacionamos a continuación forman parte de los estándares del Automantenimiento, por lo que son adecuadas para cualquier máquina o equipo de un taller de mecanizado. Claro está, que si una máquina no incorpora un sistema hidráulico, neumático o uno de alimentación automática, las tareas correspondientes a ellos no será necesario realizarlas.
Mecánica z Verificación del estado superficial de las guías de la bancada, carros, consola, mesa, etc. (guías de deslizamiento en general). z Detección de ruidos y holguras (silbidos de rodamientos, vibraciones, etc.).
Centro de mecanizado GVC 1000 HS. Lagun.
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Mantenimiento básico y su gestión z Control de posibles holguras en bridas, ejes de transmisión, soportes de torreta, etc., al realizar los cambios de herramientas y/o utillajes. z Observación del estado y sustitución -si es necesariode casquillos de guías, garras de apriete, bridas, etc. z Aseguramiento de todas las fijaciones desmontables -con tornillos-, que estén montadas correctamente y en su justa presión y que no haya ninguno roto.
Circuitos hidráulicos z Verificación diaria del nivel de aceite y si es necesario rellenar, comprobando las causas y controlando consumos. z Comprobación de las presiones en todo el sistema. z Control de ruidos y/o calentamientos excesivos en la bomba del grupo hidráulico. z Localización de fugas en todo el circuito (cilindros, válvulas, distribuidores, tuberías, etc.) y corrección si es necesario y posible, o bien comunicar las deficiencias para su posterior reparación. z Control y verificación de posibles vibraciones en la red o golpes de ariete, comunicándolo si procede. z Reapriete de los racores de unión y comprobación de la buena fijación de soportes de tuberías.
Herramental y útiles de medición z Realización de la preparación y los reglajes de herramientas y utillajes. z Realizar cambios de herramientas y utillajes -además de los correspondientes al mecanizado- con cierta frecuencia para controlar su correcto posicionamiento. z Conservar en perfecto estado los portaherramientas, indistintamente del tipo que sean.
Circuitos de engrase
z Revisar el estado de los palpadores y el funcionamiento de la varilla de los comparadores, así como del ajuste de los calibradores, para enviarlos al laboratorio de metrología cuando por su desajuste corresponda.
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z Verificación de los niveles de aceite de engrase y rellenado si es preciso, así como las presiones de engrase en los vasos lubricadores, atomizadores, etc. z Localización y corrección -si es posible- de fugas. z Comprobación y aseguramiento de la llegada de lubricante a todos los puntos de destino. z En general, observar fugas por uniones de tuberías comprobando fijaciones y corrigiendo si es posible.
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Circuitos eléctricos z Mantener las puertas de los armarios cerradas. z Quitar la tensión al finalizar la jornada mediante el seccionador general situado en el armario eléctrico. z Comprobación del estado de las lámparas de señalización, cambiándolas si es necesario. z Observar el estado y posicionamiento correcto de los detectores y finales de carrera, limpiándolos y reglándolos si lo necesitan. z Observar y controlar el estado de las juntas de estanqueidad de los dispositivos eléctricos, especialmente los que están al alcance del líquido refrigerante, cambiándolas si están deterioradas. z Verificar el estado general de las canalizaciones eléctricas de todo el circuito, así como del estado de las bandejas portacables. z Limpieza exterior de los motores eléctricos y revisión del estado de los ventiladores, comprobando calentamientos, ruidos extraños, consumo, etc. z Mantener limpias y en buen estado las protecciones visuales del CNC, autómatas, lámparas de señalización, etc. z Avisar a los servicios correspondientes al observar cualquier anomalía en el ciclo de trabajo que no podamos solucionar inmediatamente.
z Observación y control de las presiones en los manómetros, regulándola si es necesario. z Comprobación del estado de los componentes del circuito neumático.
Equipos de manutención y de alimentación z Verificación general del estado de los rodillos transportadores, comprobando holguras y ruidos extraños. z Verificación del estado general de las protecciones. z Revisar y corregir, si corresponde, holguras y desgastes en cadenas y cintas transportadoras. z Observar y controlar calentamientos y ruidos en los moto-reductores, comprobando: − nivel de aceite, − tensión de la cadena, − calentamientos y ruidos anormales. z Comprobar y realizar, si es necesario, lubricación de piñones y cadenas de transmisión. z Comprobar la uniformidad en el funcionamiento de los mecanismos dosificadores.
Circuitos neumáticos z Verificación del estado general de las líneas del circuito, cilindros y distribuidores, corrigiendo -si las hayfugas y reapretar racores. z Al terminar la jornada, cierre de la llave general de paso del aire comprimido. z Purga de filtros manuales y semiautomáticos de las máquinas y/o equipos. z Verificación diaria del nivel de aceite en el vaso de la unidad de acondicionamiento del aire. z Limpieza de los silenciadores de escape.
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Limpieza en general z Realizar limpieza detallada de todos y cada uno de los útiles de control y medición, posicionamiento de las piezas, amarres, pasos de alimentación y/o extracción de piezas o virutas, etc. z Mantener el entorno del puesto de trabajo y de las máquinas en perfectas condiciones de orden y limpieza, evitando todo tipo de salpicaduras de refrigerantes, aceites y virutas. z Conservar en buen estado las protecciones fijas, móviles, de tipo fuelle, etc., cambiando o reparando si se encuentran deterioradas.
ajustarnos a las funciones del 1er. grado que son las que realmente corresponden al automantenimiento. Cuando durante el mecanizado detectamos un fallo que, sin duda alguna es debido a la falta de mantenimiento, debemos seguir la pauta o gama de mantenimiento estipulada por la empresa. De no existir, es conveniente optar por el sentido común, por ejemplo: a) Si el fallo nos permite terminar el mecanizado con las mismas garantías de calidad, finalizaremos el trabajo y a continuación solventaremos el problema, comunicándolo -preferiblemente por escrito- para que quede constancia en el histórico, tal como se puede observar en el esquema correspondiente al 1er. grado de intervención. b) Si la avería no nos permite finalizar el mecanizado en condiciones, pero no hay riesgos de roturas u otras incidencias que provoquen daños peores, podemos optar por: z terminar la pieza, sabiendo que habrá que desecharla, z detener el proceso, retirar con el máximo cuidado el herramental hasta una posición neutra, por ejemplo: posición de cambio en CNC, y si es necesario también se retirará la pieza. Y acto seguido, se procederá como en el apartado a). c) Cuando el fallo sea más importante, con riesgo evidente de trabones, roturas, bloqueos, etc., detendremos inmediatamente el proceso por ejemplo: parada de emergencia, y despejaremos de herramientas la zona de trabajo con la mayor celeridad posible, aunque con las precauciones adecuadas. Notificaremos la avería e intentaremos solucionarla. Si escapa de nuestras posibilidades, se requerirá un 2º grado de intervención para poder solventarla.
Incidencias
En cualquier caso, es importante dejar constancia escrita de cualquier incidencia para que el/los responsable/s del mantenimiento general tengan la información suficiente a la hora de tomar decisiones.
En el bloque anterior hemos hecho referencia a los grados de intervención, en los que se detallaban las actuaciones y qué personal las ejecutaba; por tanto, a menos que seamos especialistas electro-mecánicos, o hidro-neumáticos, o formemos parte del 3er, 4º o 5º grado de intervención, tendremos que
Para ello, normalmente se utilizan los Partes de Averías, de los que podemos encontrarnos un sinfín de modelos con infinidad de posibilidades. El que se presenta a continuación es un ejemplo.
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Anverso ↑
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↓ Reverso
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Mantenimiento básico y su gestión A la vista está que es un parte muy sencillo de cumplimentar y en el que figurará la información mínima, pero suficiente como para tener una idea clara y concisa de la incidencia.
Veamos un ejemplo cumplimentado por el operario que ha sufrido la avería:
MANTENIMIENTO
PRODUCCIÓN
PARTE DE AVERÍAS De
Turno
Ignacio Perarnau Ruiz
Torno
Marca
Pinacho
Nº / Código 33
Mañana
Descripción de la avería:
Sección
Desbaste
Fecha
03/02/2003
Urgencia
Máxima
Agarrotamiento y bloqueo del husillo del carro transversal, sin posibilidad de accionamiento ni manual ni automático. Informe de la reparación:
- Desbloqueo de la regleta cónica de ajuste de las guías del carro. - Limpieza y engrase general y de los conductores de engrase automático. - Sustitución de tornillo y tuerca de ajuste de la regleta. - Ajuste de la regleta cónica. - Verificación de los recorridos con comparador. EMISIÓN
RECEPCIÓN
REPARACIÓN
Fecha
03/02/2003
03/02/2003
03/02/2003
Hora
06:15
06:16
07:05
Firma
Máquina
OBSERVACIONES
Parte Nº
Se encuentra gran cantidad de viruta y polvillo de fundición acumulada alrededor del husillo y la tuerca.
Cargo
No se encuentran muestras de engrase reciente ni en el mecanismo ni en las guías.
En esta parte (anverso) tenemos toda la información del suceso, así como la causa que lo ha provocado: no se han atendido durante tiempo prolongado las tareas de automantenimiento en los apartados de mecánica, circuitos de engrase y limpieza en general.
En la parte «Coste de la reparación» (reverso) el operario rellenará todas las columnas de datos conocidos: fecha, operario, tiempo, categoría profesional (Cat), materiales y cantidad utilizada. El resto corresponde a administración: almacén, contabilidad, etc.
Observamos que el operario Sr. Ignacio Perarnau es quien detecta la avería al inicio de su jornada laboral de turno de mañana, y que con autorización del encargado de la sección de desbaste (firma de la columna Recepción), realiza la reparación, puesto que es de máxima urgencia vista la imposibilidad de seguir operando con el torno nº 33, marca Pinacho.
Fichas útiles
Desde que se detecta la avería a las 6,15 de la mañana hasta las 7,05 que finaliza la reparación, han pasado 50 minutos improductivos por no haber atendido las tareas de automantenimiento. Las casillas «Parte Nº» y «Cargo» no las rellena el operario, puesto que debe hacerlo el encargado de la sección por ser conceptos administrativos que, en este caso, el operario desconoce: z Parte Nº: corresponde al control de partes de avería, y que cada empresa organiza según sus criterios. z Cargo: corresponde a una cuenta o concepto donde se tendrán que contabilizar los costes de esta reparación.
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En el apartado anterior se muestra un modelo de Parte de Averías, a lo que podemos llamar «Ficha Principal» puesto que del mismo emana toda la información que guardaremos, como por ejemplo: en el Histórico de averías de cada máquina, así como en otros documentos que nos permitirán tener una información clara y concisa de lo que realmente está sucediendo en el taller. Todos estos datos, reiterándolo de nuevo, nos sirven para determinar muchas actuaciones a nivel preventivo que repercutirán en la calidad de nuestro trabajo. Al igual que con el Parte de Averías, del Histórico de Averías también podemos encontrarnos un sinfín de modelos con infinidad de posibilidades. El que se presenta a continuación es un ejemplo.
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Mantenimiento básico y su gestión z Lista de recambios: las piezas o elementos, su proveedor y la referencia del mismo, además de las máquinas que pueden utilizar los mismos.
En el Histórico de Averías disponemos de informaciones importantes a tener en cuenta: z Localización de las averías: las zonas u órganos principales donde se repiten con frecuencia. z Fecha: cadencia con la que se avería la máquina y/o en que zonas. z Coste económico: desglose de los costes: mecánico, eléctrico, etc. y de las horas de parada.
así como del parte de avería donde figura con detalle la incidencia. Otra de las fichas importantes a tener en cuenta, es la de Automantenimiento Semanal. Esta ficha es vital que esté a pie de máquina, puesto que su gestión la realiza el operario de cada turno:
AUTOMANTENIMIENTO SEMANAL Grado de intervención: 1 Marcar con 1 si se ha realizado y no existen anomalías. Marcar con × si no existen anomalías. Marcar con R si necesita corregir o reparar.
Descripción de la anomalía
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Mantenimiento básico y su gestión
Bloque 3. Gestión del mantenimiento Introducción
Cierto es que la calidad depende del proceso y una de las piezas fundamentales de éste es el equipo humano que maneja las máquinas. Así pues, los esfuerzos deben dirigirse a conseguir «Cero Defectos» (ZD) mediante actuaciones destinadas al mecanizado con Cero Averías. Por tanto, el objetivo a conseguir es el aumento de la productividad:
Aunque no es demasiado correcto plantear que un tipo de mantenimiento ha dejado obsoletos los tipos anteriores, puesto que deben contemplarse distintos factores, especialmente el que determina el tipo de mantenimiento que se desea implantar, diremos que tal como está avanzando actualmente la industria del mecanizado el más adecuado -según nuestro criterio- es el Mantenimiento Productivo Total (TPM).
z mejorando las tasas de operación del equipo humano y de las máquinas,
La gestión de cualquier tipo de mantenimiento es una tarea laboriosa, especialmente por la cantidad de información que hay que administrar correctamente, para que en el momento preciso sea analizada. Cualquier error en la administración de datos puede determinar una toma de decisión equivocada, lo que supondrá un elevado coste a la empresa.
Para ello, será necesario:
En la actualidad, podemos encontrar en el mercado sistemas informáticos, con programas adecuados que permiten la gestión instantánea y el almacenamiento de todos los datos referidos a cualquier incidencia. Si el volumen de datos no es demasiado considerable, podemos gestionarlos desde cualquier base de datos relacional y/o hoja de cálculo electrónica1, que podemos programar a nuestra medida.
z reduciendo los costes con descenso de los debidos a la no-calidad, z minimizando stocks. z restaurar e innovar la maquinaria y equipos, z formar al equipo humano. A la vista de lo expuesto, podemos concluir que no se puede ser un mero espectador en un sistema TPM.
Puntos básicos de actuación Los puntos básicos de actuación dentro de la operativa TPM son: z Mantenimiento de averías. z Mantenimiento preventivo.
Planteamiento de TPM No es nuestra intención presentar aquí un estudio a fondo del Mantenimiento Productivo Total (TPM), pero sí nos parece adecuado esbozar un pequeño manual para tener una visión global de todo ello. Así pues, creemos que su contenido debe contemplar: a) Política de la empresa. b) Puntos básicos de actuación. c) Mantenimiento de averías. d) Mantenimiento preventivo. e) Mantenimiento productivo
z Mantenimiento productivo. z Dinámica del TPM.
Mantenimiento de averías Puesto que el objetivo es Cero Averías, se debe regular la forma de actuar en el caso de la aparición de una incidencia, con el fin de lograr la total desaparición de las mismas. El primer paso a realizar es una exhaustiva recogida de datos de cada máquina a través del Histórico de Averías y los correspondientes Partes de Averías. Con estos datos, el siguiente paso será elaborar un estudio estadístico para determinar las acciones preventivas a tomar.
f) Dinámica del TPM.
Estudio estadístico de averías
Política de la empresa Para poder implantar un sistema TPM, es fundamental que la dirección de la empresa esté comprometida con la calidad: fabricar productos que satisfagan a los clientes. Eso significa que tanto las materias primas, como todo el proceso de mecanizado debe estar libre de cualquier defecto.
Mensualmente se realizará un estudio estadístico para determinar -mediante un diagrama de Pareto- las máquinas que presentan más porcentaje de averías. La primera acción correctora que se tomará con esta información será: modificar e implementar el planning de acciones preventivas.
1
Sin ánimo de publicidad, ni sentando cátedra ya que no son los únicos, existen programas al alcance: Acces (base de datos relacional) y Excel (hoja de cálculo electrónica) de Microsoft para entorno Windows, así como otras plataformas para Linux, que podemos utilizar sin mucha dificultad para crear un pequeño sistema de gestión del mantenimiento.
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Mantenimiento básico y su gestión Control de capacidad de máquina (Cpk) La importancia de este punto requiere especial atención, dependiendo de si la actividad principal de las máquinas del taller de mecanizado es la producción en serie o unitaria.
En el gráfico de barras -ejemplo-, podemos observar las horas que han permanecido parados por reparación los tornos de la sección de desbaste.
En cualquier caso será necesario establecer el sistema de control de medidas, elaborando los gráficos X-R correspondientes (Gráfico de medias – Recorridos X-R y Gráfico X-R – Capacidad de proceso) para determinar los valores que nos indiquen si cada una de las máquinas está dentro de los requerimientos solicitados.
Mantenimiento preventivo
Estudio de la efectividad de las máquinas
Este apartado generalmente concuerda con el espíritu de la normativa ISO 9000 y de la mayoría de sistemas de Calidad. Esto es: acciones preventivas para evitar que aparezcan defectos. Por tanto, para conseguir un mantenimiento preventivo correcto, los puntos de actuación son:
Para obtener un «TPM rentable» y a su vez conseguir una óptima efectividad del equipo, son vitales dos factores:
a) Planning de revisión de maquinaria y/o equipos. b) Registro (ficha) de operaciones de mantenimiento preventivo realizadas. c) Control de capacidad de máquina (Cpk). d) Estudio de la efectividad de las máquinas. e) Calibración de los elementos de medición.
z Diseñar una escala precisa para medir las condiciones de operación de la máquina y/o equipo.
z Mantener registros de las operaciones de las máquinas y/o equipos, de forma que puedan proveerse dirección y controles apropiados.
Este estudio es conveniente que incluya en sus cálculos las seis grandes pérdidas asociadas con la máquina y/o el equipo. Para medir la efectividad global de la máquina y/o equipo se multiplica la disponibilidad y la eficiencia del rendimiento por la tasa de calidad de los productos.
Planning de revisión de maquinaria Con el objetivo de sistematizar y planificar todo el mantenimiento preventivo se realizará un planning donde se incluirán los siguientes datos: z z z z
Denominación de cada máquina. Codificación de cada máquina. Descripción de las operaciones a realizar. Frecuencia y fecha en la que se llevarán a cabo las operaciones.
Este planning se actualizará cada 6 meses, añadiendo las máquinas de nueva adquisición y eliminando las que se han dado de baja. Será aprobado al igual que la revisión de todo el sistema de calidad, y se determinará las personas responsables de su ejecución y actualización para el año en curso. Es importante que este planning de mantenimiento se exponga en un lugar visible y concurrido del taller para garantizar el conocimiento del mismo por todos los operarios.
Esta medida de la efectividad global de la máquina y/o equipo combina los valores de tiempo, velocidad y calidad de las operaciones de la máquina y/o equipo y mide cómo estos factores pueden incrementar el valor añadido. Al estudiar la efectividad de las máquinas, lo que se pretende es regular su tasa de efectividad: la disponibilidad. Esto se basa en la relación entre el tiempo de operación, excluido el tiempo de parada y el tiempo de carga.
Registro (ficha) de las operaciones de mantenimiento preventivo
Las condiciones ideales son:
Para controlar y estudiar las operaciones de mantenimiento preventivo, se llevará a cabo un registro donde se recogerán todos los datos derivados del mismo. Para ello se utilizará la ficha correspondiente.
z Eficiencia / Rendimiento >90%.
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z Disponibilidad >90%. z Tasa de calidad de productos >90% Por lo que la EFECTIVIDAD >85%.
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Mantenimiento básico y su gestión Para este cálculo también se tendrán en cuenta: z Índices de calidad derivados de los partes diarios de defectos. z Productividad derivada de los partes diarios de producción. z Índice de averías derivado de la ficha de control de averías. z Tiempos de cambio de herramientas y utillajes, determinados por fabricación.
Calibración de los elementos de medición Para la regulación y calibración de los elementos de medición, se seguirá un plan de calibración básico que contenga los procedimientos estándar (SCI, WECC-19, QS-9000, etc.).
2) Motivar al personal en la necesidad de crear un ambiente de trabajo adecuado, un «taller sin suciedad». 3) Fomentar la participación del personal en la aportación de ideas de mejora al programa TPM (Sugerencias, Círculos de calidad, etc.).
Planificación de las inversiones Como parte integrante del programa TPM se establece como necesidad la planificación anticipada de la máquina a adquirir. La Dirección, con la participación de todos los departamentos de la empresa, llevará a cabo una planificación a medio-largo plazo de las inversiones necesarias a realizar, tanto para garantizar la competitividad tecnológica como para renovar la maquinaria y así garantizar que la misma siempre se encuentra en perfecto estado. Esta planificación a medio-largo plazo se completará con una planificación a corto plazo que concretará el plan de actuación a ejecutar.
Sistema de chequeo (automantenimiento) El sistema de chequeo (automantenimiento) es una de las actividades fundamentales del TPM. Supone un mantenimiento autónomo por cada uno de los operarios. Para el desarrollo de este punto deben concretarse dos campos de actuación:
Mantenimiento productivo El Mantenimiento Productivo supone desarrollar los siguientes puntos de actuación: z z z z z z
Formación del personal. Planificación de las inversiones. Sistema de chequeo. Control del utillaje. Control de herramientas de proceso. Control de herramientas de mantenimiento.
Formación del personal La experiencia nos demuestra que una de las bases del éxito de la implantación de cualquier sistema es la formación. Es por este motivo que el TPM debe ser uno de los temas a considerar en la planificación de la formación de los operarios del taller.
z Organizar estándares para responsabilidades de operarios. z Ejecución y registro del mantenimiento autónomo desarrollado.
Estándares de chequeo El departamento de Ingeniería en colaboración con los demás departamentos elaborará un estándar de chequeo para cada una de las máquinas donde se incluirán aspectos tales como: z z z z z z
Limpieza. Lubricación. Inspección general. Organización. Seguridad. ...
La lista de chequeo será la base del mantenimiento autónomo.
Esta formación tendrá tres objetivos básicos: 1) Explicar el funcionamiento básico de cada máquina y/o equipo, así como las tareas de mantenimiento básico a realizar por cada operario. Con estos cursos de formación, no sólo se pretende inculcar al personal los conocimientos puramente teóricos sino también eliminar la resistencia derivada del supuesto aumento de la carga de trabajo.
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Ejecución y registro del chequeo (automantenimiento) Mediante la formación se inculcará a todo el personal la necesidad de la ejecución del chequeo programado, así como la forma correcta de ejecutarlo.
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Mantenimiento básico y su gestión Como método de comprobación de la ejecución real de este chequeo se registrará la revisión realizada, la fecha y persona que la ha realizado, así como las anomalías encontradas en la ficha correspondiente.
Control del utillaje Para optimizar la efectividad de todas las máquinas y/o equipos y garantizar un perfecto mantenimiento de los mismos se llevará a cabo un riguroso control del utillaje. Este control se concreta en los siguientes puntos: z Área reservada al estudio del utillaje donde se archivará y clasificará toda la información técnica (despieces, características técnicas, etc.). z Zona de utillaje para conservación de aquellos útiles que no se están utilizando en los procesos en ese momento. Estas áreas estarán perfectamente referenciadas para que cada útil tenga siempre un mismo lugar de ubicación.
Control de herramientas de proceso Consideramos herramientas de proceso aquellas que son necesarias para que los operarios realicen las operaciones asignadas en los procesos de mecanizado: plaquitas, portaherramientas, fresas, etc. Para que cada operario se haga responsable del cuidado y mantenimiento de esta herramienta se dispondrá de una zona específica donde cada operario, de forma personalizada, al final de la jornada depositará su herramental. En estos casilleros se recogerá la siguiente información: z Herramienta responsabilidad de cada operario. z Operaciones básicas de automantenimiento a realizar a través de estándares de actuación.
Control de herramientas de mantenimiento Consideramos herramientas de proceso aquéllas disponibles en el taller, pero que no están asignadas a los procesos de mecanizado, sino a las tareas de mantenimiento de las máquinas y del taller en general. El control de este herramental se
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asignará en el almacén a una ficha de control que refleje quién y cuándo se la lleva, y quién y cuándo la devuelve.
Dinámica del TPM Para promocionar el mantenimiento productivo es conveniente motivar al personal en la participación de toda la plantilla en actividades de automantenimiento. La participación se encauzará a través de los siguientes programas: z Círculos de Calidad TPM. z Sugerencias TPM. z Lemas TPM
Círculos de calidad TPM Aprovechando la dinámica de los programas QC (Círculos de calidad) se constituirán pequeños grupos que contemplen específicamente temas de mantenimiento con el objetivo de estudiar nuevas técnicas de mantenimiento, resolución de problemas, etc.
Sugerencias TPM Una de las formas de conseguir la participación del 100% de la plantilla en la mejora del mantenimiento, es establecer periódicamente premios especiales dentro del programa de sugerencias. Con ello se pretende potenciar el esfuerzo de mejora continua en un área tan fundamental de la organización.
Lemas TPM Para conseguir el objetivo de Cero Averías es necesario concienciar a todo el personal, por lo que es importante mantenerlo informado de los resultados y evolución mediante gráficos, lemas, etc. con un claro enfoque didáctico. También se puede aplicar un sistema de concurso con incentivos, como el de sugerencias.
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