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UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA

TRABAJO MONOGRÁFICO

TEMA: LIMADORA

“

”

Presentado por: GUIDO GIVER LAURA CHURAIRA

08-31717

EDGAR YOEL HUARINO LACHIPA

09-33369

JUNIOR MARIO CHOQUE RAMOS

09-33361

ZANDRO ANCHAPURI ARRATIA

07-30363

TACNA-PERU 2012

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ELEMENTOS DE MAQUINA I

“Dedicado a los estudiantes de la carrera de ingeniería mecánica”

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“Dedicado a los estudiantes de la carrera de ingeniería mecánica”

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ÍNDICE

DEDICATORIA INTRODUCCIÓN

CAPITULO I: DESCRIPCION TEORICA DE LA LIMADORA 1.1 CONTEXTO GENERAL 1.2 PARTES DE LA LIMADORA 1.2.1 Base y columna Guías transversal

9 1.2.2 9

Carnero o ariete

1.2.3 9 1.2.4 10

1.2.5 Carro portaherramientas

10

Delantal o mesa

1.3 TIPOS DE LIMADORA 1.3.1 Limadora horizontal

10

1.3.2 Limadora vertical

11

1.4 OPERACIONES EN LA LIMADORA 1.4.1 Planeado

13

1.4.2 Perfilado

13

1.4.3 Ranurado

14

1.5 HERRAMIENTAS DE CORTE 1.5.1 Propiedades de las herramientas de corte

14

1.5.2 Materiales de las herramientas de corte

14

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CAPITULO II:


USO DE LA CEPILLADORA

2.1 FUNDAMENTO TEORICO

16

2.2 LUBRICACIÓN

17

2.3 AJUSTES PARA OPERAR EL CEPILLO 2.3.1 Trabajos de indicación en la prensa mordaza

17

2.4 MOVIMIENTOS DE LA PIEZA Y LA HERRAMIENTA

18

2.5 MANEJO DE LA LIMADORA

19

2.6 SEGURIDAD EN EL TRABAJO CON CEPILLO

20

CAPITULO III: CALCULOS PARA EL LIMADO 3.1 VELOCIDAD DE CORTE

20

3.2 VELOCIDAD MEDIA

21

3.3 DOBLES CARRERAS POR MINUTO

22

3.4 TIEMPO PRINCIPAL

22

CAPITULO IV: MECANISMO CINEMATICO DE LA LIMADORA 4.1 FUNDAMENTOS

24

4.2 MECANISMO DE WHITWORTH

25

4.3 VARIANTES DEL MECANISMO DE WHITWORTH

26

4.4 OPTIMIZACION DEL MECANISMO DE WHITWORTH

29

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4.5 LIMADORA: COMPONENTES Y MECANISMO 4.5.1 Mecanismo piñón-cremallera

30

4.5.2 Mecanismo biela-manivela

30

4.5.3 Mecanismo de manivela y biela oscilante o WHITWORTH

30

4.5.4 Cilindro hidráulico

30

4.6 PARAMETROS DE ACCIONAMIENTO DEL MECANISMO 4.6.1 Posición de los extremos de la carrera

32

4.6.2 Longitud de la carrera de la herramienta

32

4.6.3 Velocidad de corte en el limado

33

4.6.4 Accionamiento del avance

33

4.7 CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE LIMADORA

34

CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA ANEXOS

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INTRODUCCIÓN

El maquinado de piezas es una operación esencial que pone fin a una serie de procedimientos de diseño, existe así en la actualidad una serie de máquinas que permiten realizar tal procedimiento con una alta rentabilidad y eficiencia, factores que en la actualidad son estrictamente necesarios en la producción de elementos mecánicos que ayuden al hombre en la ardua labor de mejorar su calidad de vida. El maquinado de piezas consiste en el arranque progresivo del material, teniendo en cuenta factores de sincronización entre la pieza y herramienta, dicho material arrancado es a lo que comúnmente conocemos como viruta, y es aquí donde interviene la máquina-herramienta de la cual hablaremos en el presente trabajo, la cepilladora. La cepilladora o limadora hace su corte pasando una herramienta de una sola punta por la pieza de trabajo. La herramienta del cepillo se desplaza con un movimiento recíprocamente sobre un solo eje mientras que la pieza de trabajo se mueve pasando por la herramienta ya sea horizontal (transversal o longitudinal), vertical o rotacionalmente respecto al movimiento de la herramienta. Algunos consideran al cepillo como una maquina obsoleta, y es cierto en la actualidad una gran parte del trabajo que acostumbraba hacerse con el cepillo, se hace en la fresadora. Sin embargo, sigue siendo una máquina-herramienta mucho más versátil que puede realizar una gran variedad de trabajos de maquinado. Por esta razón se ve todavía con bastante frecuencia en muchos talleres de maquinado. En el presente trabajo detallaremos con mayor claridad puntos como la descripción física de la cepilladora en el capítulo uno, el correcto manejo de éste en el capítulo dos, teniendo en cuenta factores de seguridad. Seguidamente veremos qué tipo de cálculos son necesarios realizar antes del maquinado de la pieza, esto se da ya en el capítulo tres. 6

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Enfocándonos más a la ingeniería de la cual está basada la máquina, el capítulo cuatro se enfoca en el mecanismo interno de la cepilladora, el cual nos permite observar bajo que principios científicos dicha maquina realiza trabajo mecánico. De esta manera se espera que el presente trabajo sea de gran aportación a conocimientos adquiridos por el estudiante de ingeniería y permita el interés en una rama de esta que es la mecánica.

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CAPITULO I DESCRIPCIÓN TEÓRICA DE LA LIMADORA

CONTEXTO GENERAL PARTES DE LA LIMADORA TIPOS DE LIMADORA OPERACIONES EN LA LIMADORA HERRAMIENTAS DE CORTE

1.1

Cepilladora industrial.

CONTEXTO GENERAL

El proceso de limado es una operación mecánica con desprendimiento de viruta en la cual se utiliza una maquina llamada cepilladora o limadora. La limadora se utiliza sobre todo para maquinado de superficies horizontales, verticales o angulares. Se pueden utilizar bajo ciertas condiciones para maquinar también superficies cóncavas o convexas.

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La característica esencial de esta máquina es que laherramienta está animada de un movimiento horizontal rectilíneo alternativo. Los movimientos fundamentales para arrancar la viruta son: movimiento principal de corte, lo posee la herramienta que se fija a un carro o carnero; movimiento de avance, lo posee la pieza por medio de la mesa; movimiento de ajuste, lo posee la herramienta por medio del carro portaherramientas.

1.2 PARTES DE UNA LIMADORA Lalimadora está compuesta de una bancada, que sostiene una mesa portapiezas móvil en un plano vertical, posee un movimiento alternativo perpendicular a dicho plano dado por medio de un biela de corredera movida por un volante de manivela, mientras que los movimientos para dar la profundidad del corte se da por medio de la regulación de la torre y el avance se en mesa de trabajo por medio de un sistema de trinquete. Lalimadora permite cepillar una superficie horizontal o vertical e incluso, inclinando el cabezal portaherramientas, una superficie oblicua. Es posible combinando los movimientos de avance de la mesa y del útil cepillar superficies cilíndricas. Lalimadora se utiliza para desbastar y obtener superficies relativamente lisas.

Figura 1. Partes de la limadora.

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1.2.1 Bancada y columna La base o bancada de una limadora sirve de plataforma a la pieza fundida principal, a la que con frecuencia se le llama columna del cepillo, la cual contiene los mecanismos de impulsión. También sirve de recipiente para lubricantes o para el aceite hidráulico con el que trabajan los mecanismos de la máquina. Al frente de esta pieza fundida hay guías que sirven de guía al carnero del cepillo. Esta situación es crítica para la exactitud de la máquina.

1.2.2Delantal o mesa El delantal es el punto de sujeción para la mesa. La parte superior y los lados de la mesa están provistos de ranuras en T para la sujeción de tornillos en “T”,

dispositivos y otro herramental necesario para el trabajo de limado. Como hay tantos puntos de sujeción en una mesa y con efecto de palanca tan grande con relación a la columna, la maquina tiene su soporte para cargar con el peso de la mesa cuando está en voladizo y para transmitir las fuerzas de maquinado a la base de la máquina.

1.2.3Carnero o ariete El carnero se mueve sobre guías situadas en la parte superior del cepillo. Está diseñado para tener la máxima rigidez posible en concordancia con una ligereza razonable para permitir inversiones rápidas de la dirección de movimiento sin que se mueva la maquina resbalando sobre el piso. Carnero

Bancada

Figura 2. Elementos más importantes de la limadora.

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1.2.4 Guías transversales El conjunto de guías transversales está instalado sobre un soporte que se mueve verticalmente sobre la cara de la columna, transmitiéndole su movimiento el tornillo de avance vertical. La guía transversal se mantiene exactamente a escuadra con la columna y contiene mecanismos de avance para mover el conjunto de la mesa en un plano horizontal. Sobre la guía transversal está instalado el delantal que se mueve horizontalmente a lo largo de la guía por medio de un tornillo de avance.

1.2.5 Carro de porta herramientas Sobre la cara del carnero va montado el carro de portaherramientas oscilante. Normalmente este carro es capaz de soportar un giro sobre la cara del carnero, de 180 grados o mayor. La base del carro portaherramientas es graduada.

Figura 3. Portaherramientas de una limadora de codo.

1.3 TIPOS DE LIMADORA 1.3.1 limadora horizontal La limadora horizontal (figura 4) es una máquina herramienta excepcionalmente versátil, particularmente en situaciones en las que tienen que fabricarse pequeños números de partes y cuando deben maquinarse diversos ángulos en la pieza. Una de las aplicaciones más comunes de las limadoras es la producción de ensambles de cola de milano en correderas para herramientas como las que llevan las maquinas herramientas como el torno y el cepillo. 11

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Otra aplicación interesante de la limadora es la producción de formas interiores en una pieza de trabajo. El maquinado de cuñeros interiores en partes de producción limitada, especialmente en tamaño y forma para los cuales no es factible el uso de una brochadora ordinaria para cuñeros y una prensa de taller, hace difícil prescindir de lalimadora. A esta capacidad de hacer maquinados interiores se le llama ranurado y se puede combinar con la utilización de la cabeza divisora para producir una variedad de formas internas. En algunos casos se fabrica herramental especializado para hacer partes con maquinados interiores y exteriores. También se han aplicado a las limadoras sofisticadas sistemas hidráulicos de copiado para producir contornos internos en producción masiva.

Figura 4. Limadora horizontal

1.3.2 limadora vertical (mortajadora) La limadora vertical o mortajadora (figura 5) se usa a menudo en talleres de maquilado y en cuartos de herramientas. Esta máquina funciona en forma muy semejante a la de su contraparte horizontal, con la excepción de que tiene una mesa giratoria como equipo estándar. La mesa giratoria se puede mover tanto transversal como longitudinalmente. El carnero también se puede inclinar a 10 grados respecto a la vertical. Esto hace a la maquina versátil en particular para el maquinado de formas internas complejas. También es mucho más fácil para el operador trabajar con esta 12

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máquina que con un arreglo con cabeza divisora instalada sobre un cepillo horizontal, porque la pieza de trabajo es bastante visible. Estas máquinas se pueden equipar también con equipo copiador o seguidor de plantillas para la producción de contornos.

Figura 5.Limadora vertical o mortajadora.

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1.4 OPERACIONES Los trabajos más frecuentes que pueden realizarse con la limadora son:

Figura 6. Ejemplo de piezas cepilladas. a) y b) listones guía; c) guía en forma de cola de milano; d) punzón de forma.

1.4.1 Planeado Es la más útil y su misión es la de mecanizar superficies planas (figura 7) o aplanarlas si no lo son. Este planeado puede ser vertical u horizontal dependiendo de la orientación de la superficie mecanizada.

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Figura 7. Desbaste plano

1.4.2 Perfilado Consiste en conseguir superficies cilíndricas y cónicas, siendo de forma indiferente cóncavas o convexas. El perfilado (figura 8) se puede realizar de forma manual, girando el carro orientable o bien de forma automática mediante dispositivos copiadores.

Figura 8. Perfil engranaje

1.4.3 Ranurado Llevado a cabo con herramientas destinadas al tipo de ranura que se desee obtener.

a)

b)

c)

d)

Figura 9. Tipos de ranurado llevado acabo en una cepilladora. a) Ranura en V, b) Ranura, c) Coliza en T, d)Coliza.

Con técnicas adecuadas es posible conseguir ruedas dentadas de dientes rectos y cónicos.

1.5 HERRAMIENTAS DE CORTE

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Las herramientas empleadas son monofilo, semejantes a la del torno.El material de estas es principalmente acero rápido o acero de herramientas. Se tienen dos tipos de herramientas sabiendo que este proceso de mecanizado permite dos tipos de trabajo, de desbaste y de afinado. Por otra parte, para facilitar la deformación y evitar la rotura se da al cuerpo de la herramienta la forma acodada que permite el desplazamiento del filo.

1.5.1 Propiedades de las herramientas de corte: Dureza Tenacidad Resistencia al desgaste Resistencia térmica

   

1.5.2 Materiales de las herramientas de corte:    

Acero rápido HSS Carburos cementados y recubiertos Materiales cerámicos Diamantes sintéticos y nitruro de boro cubico.

Figura 10. Angulo de una herramienta de corte para limadora α) ángulo de incidencia, β) ángulo de filo, γ) ángulo de ataque.

Figura 11. Geometría de las herramientas de cepillos para corte de aceros de bajo carbono.

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Figura12. Geometría de las herramientas de cepillos para corte de aceros de hierro fundido.

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CAPITULO II USO DE LA LIMADORA

FUNDAMENTO TEÓRICO LUBRICACIÓN AJUSTES PARA OPERAR LA LIMADORA MOVIMIENTOS DE LA PIEZA Y HERRAMIENTA MANEJO DE LA LIMADORA SEGURIDAD EN EL TRABAJO CON LIMADORA

Uso de la limadora para el maquinado del monoblock de un motor de combustión interna.

2.1 FUNDAMENTO TEORICO El ciclo completo del trabajo en la limadora se compone de dos carreras simples; o sea, una de ida o de trabajo y otra de vuelta o de retorno (descanso), realizándose en consecuencia un trabajo intermitente. También se denomina a estos desplazamientos de la herramienta carrera activa o útil, carrera pasiva o perdida, respectivamente. A esta última se la designa también carrera de retroceso o de retorno. Como el movimiento de esta máquina es rectilínea alternativo, la herramienta solo corta en un sentido, viniendo a ser el de retorno el preparativo de una nueva pasada. A tal respecto y con el fin de reducir al mínimo el tiempo perdido, el mecanismo principal de las máquinas de movimiento alternativo está ideado de manera tal que la carrera de vuelta es notablemente más rápita que la de trabajo. El recorrido de retorno es de 1 a3 veces más rápido que el recorrido durante el cual trabaja la herramienta. La velocidad en el punto inicial o final de cada recorrido (avance o retroceso) es cero, y aumenta progresivamente hasta la mitad del mismo; luego disminuye para anularse nuevamente en los extremos. Este proceso se repite periódicamente en cada carrera completa. La longitud de carrera influye en la velocidad desarrollada durante la misma. Una carrera 18

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completa se realiza por cada vuelta de la manivela que gira con velocidad uniforme. Al variar la longitud de la carrera, la herramienta tiene que recorrer mayor o menor distancia en el mismo tiempo (duración de una vuelta de manivela). Por lo tanto, la velocidad de corte y de recuperación será también, mayor o menor, respectivamente.

2.2LUBRICACION Antes de trabajar en el cepillo horizontal, se deben satisfacer los requisitos de lubricación. En algunos cepillos grandes hay una bomba de lubricación directamente acoplada al motor principal de impulsión.

2.3 AJUSTES PARA OPERAR LA LIMADORA 2.3.1 Trabajos de indicación en la prensa mordaza Antes de trabajar en la limadora, debe conocer el operario muy bien los controles de la maquina en cuestión. Tomando la figura 13 como guía, debe localizar los mismos controles o funciones de los mismos en su máquina.

Figura 13. Ajuste de la cepilladora para un mecanizado determinado.

2.4MOVIMIENTOS DE LA PIEZA Y LA HERRAMIENTA La característica esencial de esta máquina es que la herramienta está animada de un movimiento horizontal rectilíneo alternativo. L os movimientos fundamentales para arrancar la viruta son: movimiento principal de corte, lo posee la herramienta que se fija a un carro o carnero; movimiento de avance, lo posee la pieza por medio de la mesa; 19

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movimiento de ajuste, lo posee la herramienta por medio del carro portaherramientas (figura 14).

Figura 14. Movimientos de la herramienta para el maquinado de piezas.

2.5 MANEJO DE LA LIMADORA Para efectuar el limado a lo largo del bloque, lo cual ahorra tiempo, es necesario disponer el tornillo transversalmente, después de haber cepillado el primer lado del bloque, se coloca contra la mandíbula fija del tornillo, el lado número 3 se hace en la misma forma que el lado número 2. En tales operaciones es importante mantener el trabajo debidamente sujeto en el tornillo. Esto se hace, por lo general, golpeando ligeramente el trabajo con un martillo suave, al ajustar el tornillo, no se debe golpear con fuerza el trabajo, cuando está en la mesa de la maquina; es suficiente hacerlo ligeramente. Cuando se requiera tomar medidas de la pieza durante el labrado este debe colocarse de modo que sobresalga del tornillo. El bloque que se muestra es, lo suficientemente corto, de modo que los extremos designados con los números 5 y 6 pueden labrarse con la pieza sujeta verticalmente en el tonillo, todas las superficies se cepillan con el avance mecánico, siendo los 0.010 a 0.015 prácticos y convenientes. Casi todos los operarios prefieren cortar de derecha a izquierda.

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Figura 15. Procedimiento basico del uso de una limadora.

2.6 SEGURIDAD EN EL TRABAJO CON CEPILLO El cepillo presenta un riesgo importante en su camino, el cual debe considerarse en todo momento, el viaje del carnero hacia atrás y adelante no respeta la presencia de objetos en su camino. El operario se tiene que asegurar de no dejar herramientas que obstruyan dicho viaje y de mantener sus manos y cuerpos alejados del area de trabajo. Debe tener la precaucion de no pararse ni permitir que nadie se pare enfrente ni atrás del carnero. Se debe asegurar que la maquina este completamente parada, inclusive el motor, antes de tomar medidas o de hacer cualquier ajuste que requiera que el operario ponga cualquier parte de su cuerpo en peligro de ser golpeada por el carnero.

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CAPITULO III CALCULOS EN EL PROCESO DE LIMADO

VELOCIDAD DE CORTE VELODIDAD MEDIA FRECUENCIA DE ALTERNACION TIEMPO PRINCIPAL

Es común el uso de instrumentos de medición en el proceso de cálculo.

3.1 VELOCIDAD DE CORTE Es la velocidad a la cual trabajara nuestra herramienta de corte y para determinarlo es necesario saber qué tipo de material será usado para el maquinado, en la siguiente tabla mostramos los materiales más comúnmente usados en la limadora.

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MATERIAL DE LA HERRAMIENTA DE CORTE

HIERRO FUNDIDO

ACERO SUAVE

ACERO DE CARBONO

Velocidad en m/min

Avance en mm

Velocidad en m/min

Avance en mm

Velocidad en m/min

Avance en mm

ACERO DE ALTO CARBÓN

10

1.5

12

0.75

5

0.5

ACERO ALTA VELOCIDAD

12

2

24

1.5

12

1.25

HERRAMIENTAS CON INSERTOS DE CARBURO

30

0.5

45

0.5

20

0.5

MATERIAL DE LA HERRAMIENTA DE CORTE

LATON

ACERO FUNDIDO

Velocidad en m/min

Avance en mm

Velocidad en m/min

Avance en mm

ACERO DE ALTO CARBÓN

24

0.6

-

-

ACERO ALTA VELOCIDAD

48

1.25

-

-

HERRAMIENTAS CON INSERTOS DE CARBURO

60

0.3 a 0.5

45

0.12 a 0.30

La profundidad de corte varia de 0.8 a 10.0 mm, según el material de la herramienta y de la pieza de trabajo.

3.2 VELOCIDAD MEDIA   

V m es la velocidad media V c es la velocidad de corte V r es la velocidad de retroceso

Sea V r = 2.V c V m= 2* (

)

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3.3 DOBLES CARRERAS/MINUTO O FRECUENCIA DE ALTERNACIÓN Dobles carreras/min (n) =

=

L = l + la +lu Donde: L = es la carrera l = longitud de la pieza la=es el recorrido anterior lu=es el recorrido ulterior

3.4 TIEMPO PRINCIPAL

Tp = Z * t Z= B = b+(2*5mm) Tp :es el tiempo principal (minutos) Z :es el numero de dobles carreras/min T :es el tiempo de una doble carrera(min/doble carrera) B : es la anchura del limado S : es el avance b :es el ancho de la pieza

t = t a + t r ; t a =

; tr =

t :es el tiempo de una doble carrera ta :es el tiempo de la carrera de corte (o avance) tr :es el tiempo de la carrera de retroceso 24

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CAPITULO IV MECANISMO CINEMÁTICO DE LA LIMADORA

FUNDAMENTOS MECANISMO DE WHITWORTH VARIANTES DEL MECANISMO DE WHITWORTH OPTIMIZACION DEL MECANISMO DE WHITWORTH LIMADORA: COMPONENTES Y MECANISMO PARAMETROS DE ACCIONAMIENTO DEL MECANISMO CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO DE LIMADORA

4.1 FUNDAMENTOS

Mecanismo de WHITWORTH usado en máquinas industriales

El movimiento rectilíneo alternativo que debe tener el carnero resulta de la trasformación de un movimiento circular, estos movimientos son generados interiormente en la limadora por medio de un tipo de mecanismo que es conocido como mecanismos de retorno rápido de WHITWORTH.

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Entre las variantes de mecanismos de retorno de rápido de WHITWORTH hay una en la que la parte superior del eslabón oscilante va unido aleslabón corredera por medio de un par giratorio y la parte inferior de dicho eslabón está conectado al eslabón fijo o carcasa por medio de un pargiratorio-prismático. Estos mecanismos se vienen utilizando desde hace muchos años en máquinas herramientas como la limadora y se hanperfeccionado algo experimentalmente .

4.2 MECANISMO DE WHITWORTH El mecanismo de WHITWORTH transforma un movimiento de entrada giratorio continuo en movimiento rectilíneo alternativo. Debido a la configuración del mecanismo, éste realiza la carrera de retorno en menor tiempo que la carrera que la carrera de ida, de ahí su nombre de retorno rápido. Por esta característica, se utiliza en máquina-herramienta aprovechando la carrera lenta para mecanizar y la rápida para volver a la posición inicial, reduciendo los tiempos muertos entre carreras de trabajo. El mecanismo de WHITWORTHoriginario (Figura 16) está formado por: a) Un eslabón fijo "1" sobre el que van montados el resto de eslabones y que está formado por la carcasa de la máquina. b) Un eslabón oscilador "4" unido al fijo por medio de un par giratorio "A". c) Una manivela "2", unida al eslabón fijo por medio de un par giratorio "B", por la que se introduce el movimiento giratorio proveniente de un motor eléctrico. d) Una corredera "3" conectada con un par giratorio al extremo de la manivela y por medio de un par prismático al eslabón oscilador. e) Mediante esta corredera se trasmite y transforma el movimiento giratorio continuo de la manivela a movimiento giratorio oscilante de eslabón oscilador. f) Un eslabón de salida "6" conectado al eslabón fijo por medio de un par prismático que le obliga a realizar un movimiento rectilíneo. g) Como el eslabón de salida realiza un movimiento rectilíneo y el extremo del eslabón oscilador realiza un movimiento curvilíneo, se introduce el eslabón acoplador "5", con pares giratorios en sus extremos, que transmite el movimiento del eslabón oscilador al eslabón de salida. h) En este mecanismo, el punto de articulación "A" del eslabón oscilante "4" con el eslabón fijo se encuentra entre la corredera "3" y el par giratorio "D" de unión con el eslabón acoplador "5".

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Figura 16. Mecanismo de retorno rápido de WHITWORTH originario.

4.3 VARIANTES DEL MECANISMO DE WHITWORTH Una primera variante de este mecanismo (Figura 17) consiste en hacer que la corredera "3", que en el mecanismo originario se mueve en las proximidades de un extremo del eslabón oscilante, pase a tener su movimiento en la parte central de dicho eslabón. De esta forma la corredera se encontrará entre las articulaciones "A" y "D".

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Figura 17. Variante 1 del mecanismo de WHITWORTH.

Una segunda variante del mecanismo de WHITWORTH (Figura 18) se consigue haciendo que un extremo del eslabón oscilante "4" se conecte directamente al eslabón de salida "6". Como el eslabón de salida realiza un movimiento rectilíneo, el otro extremo del eslabón oscilante no puede ir conectado directamente al eslabón fijo por medio de un par giratorio. En este caso el eslabón oscilante se debe conectar al eslabón fijo por medio del eslabón acoplador "5" con pares giratorios en sus extremos.

Figura 18. Variante 2 de mecanismo de WHITWORTH 28

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La tercera variante del mecanismo del mecanismo de WHITWORTH(Figura 19) consiste en conectar un extremo del eslabón oscilante al eslabón fijo por medio de un par giratorio. Como el otro extremo del eslabón oscilante realiza un movimiento giratorio alternativo se debe conectar al eslabón de salida por medio de un par giratorio-prismático.

Figura 19. Variante 3 de mecanismo de WHITWORTH

Finalmente, en la cuarta variante del mecanismo de WHITWORTH (Figura 20), que es sobre la que se realizará la optimización dimensional por ser una configuración muy utilizada en la construcción de limadoras, el eslabón oscilante se conecta al eslabón de salida por medio de un par giratorio. En este caso el otro extremo del eslabón oscilante se conecta al eslabón fijo por medio de un par giratorioprismático.

Figura 20. Variante 4 del mecanismo de WHITWORTH 29

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4.4 OPTIMIZACIÓN DEL MECANISMO WHITWORTH El diseño óptimo de un mecanismo se inicia con la definición de la función objetivo que valora el funcionamiento del mecanismo, en este caso, el par motor. La solución del problema será la configuración que minimice la función objetivo en relación con las variables de diseño. El problema puede tener ecuaciones de restricción, esto es, igualdades o desigualdades que deben cumplir ciertas funciones de las variables de diseño. En este ejemplo, se toman como condiciones de restricción la carrera del eslabón de salida, su velocidad máxima durante la carrera de mecanizado, el coeficiente de regularidad de la velocidad angular de la manivela y la altura máxima del mecanismo. La función objetivo normalmente depende de las variables de diseño no sólo de forma explícita, sino también implícitamente a través de los resultados del análisis cinemático y dinámico como: posiciones, velocidades, aceleraciones, fuerzas de restricción, etc. Para la realización de la optimización del mecanismo se utilizarán las coordenadas naturales y se aplicará el método expuesto por García de Jalón y Bayo (1994).

4.5 LIMADORA: COMPONENTES Y MECANISMOS El movimiento rectilíneo alternativo que debe tener el torpedo resulta de la transformación de un movimiento circular, que se puede conseguir mediante los siguientes mecanismos:    

Piñón y cremallera Biela y manivela Manivela y biela oscilante Cilindro hidráulico

Figura 21. Accionamiento de una limadora. 30

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4.5.1 Mecanismo piñón-cremallera La rotación del eje motor a través de un engranaje es comunicado a un tren de engranajes, la última de las cuales se engrana con una cremallera solidaria a la mesa.

4.5.2 Mecanismo de biela-manivela Consiste en un engranaje cuya rotación es dad por sobre el eje motor de una plato manivela, y una biela con un muñón desplazable en forma radial, con el fin de variar la carrera del carnero o ariete.

4.5.3 Mecanismo de manivela y biela oscilante o WHITWORTH Consta de un plato manivela que gira con movimiento uniforme transmitido a través de un tren de engranajes que constituyen la caja de velocidades, y de una biela oscilante con abertura corredera por donde se desplaza un dado o buje de bronce solidario al muñón del plato manivela, en forma radial.

Figura 22. Componente biela-manivela de una limadora.

4.5.4 Cilindro hidráulico El funcionamiento de las limadoras hidráulicas se basa en bombas inyectoras de aceite en un cilindro, y en válvulas que abren y cierran en un momento determinado. Dentro del cilindro, un pistón solidario al carnero o ariete que se halla ubicado entre las guías del mismo es el que produce el movimiento rectilíneo alternativo.

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Figura 23. Limadora hidráulica.

Figura 24. Mecanismo de WHITWORTH presente en una limadora.

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4.6 PARAMETROS DE ACCIONAMIENTO DEL MECANISMO En cuanto a las regulaciones de los movimientos en la limadora, existen dos que pueden ser regulados:

4.6.1Posición de los extremos de carrera. (Puntos muertos inicial y final) en relación a la mesa 4.6.2Longitud de la carrera de la herramienta.Siendo esta la longitud del sector circular que describe la biela oscilante, en el punto de vinculación con el torpedo. Se ajusta mediante desplazamiento de la espiga de la manivela. El retroceso del carro se realiza en un tiempo más corto que el movimiento hacia adelante.

Figura 25. Izquierda: Ajusté de la longitud de la carrera, a) Carrera larga; b) carrera corta, derecha: características de la carrera.

Para una carrera larga, la espiga de la manivela tiene que estar muy alejada del centro del disco-manivela. La espiga recorre entonces durante la carrera de trabajo el trayecto de A a B (ángulo α) y en el retroceso del trayecto de B a A (ángulo β). El ángulo α es mayor que el ángulo, por lo cual la carrera de trabajo dura más que la

carrera de vacío. Esto es precisamente lo que conviene, ya que durante la carrera en vacío no se realiza carrera eficaz alguno. 33

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4.6.3Velocidad de corte en el limado. Se designa por velocidad de corte (V A) el recorrido en m/min que hace el útil durante la carrera de trabajo. La velocidad durante la carrera de vacío se llama velocidad de retroceso (V R).en el trabajo de cepillado con una máquina de accionamiento por biela oscilante y corredera, la velocidad de corte no es uniforme. Al principio de la carrera la velocidad de corte es nula. Crece después hasta un valor máximo VA a la mitad de la carrera y disminuye nuevamente hasta el valor cero al final de la misma. Lo mismo ocurre para la velocidad de retroceso que ya hemos visto es mayor.

Figura 26.Representación gráfica de las velocidades durante el cepillado .

4.6.4 Accionamiento del avance. El avance entra en juego intermitente antes de cada carrera de trabajo. Accionando a mano el husillo de avance, se producirán superficies no muy limpiamente mecanizadas dado el irregular movimiento de las manivelas que resultaría inevitable. Este inconveniente queda solventado mediante el avance desmodrómico. Un disco de carrera con ranura en T (figura 27) es accionado por el árbol del disco-manivela. En la ranura puede deslizar un gorrón que puede también ser fijado en una posición cualquiera. En el husillo de la mesa va calada una rueda de trinquete en cuyos dientes se engatilla un trinquete. 34

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Figura 27. Modo de funcionar el mecanismo de avance. a) Rueda de carrera; b) gorrón; c) rueda de trinquete; d) trinquete; e) barra de empuje; f) husillo de la mesa; g) mesa; h) barra de enlace.

El gorrón y el trinquete van unidos mediante una barra de empuje que imprime a la rueda del trinque en su movimiento de ida y por medio del gatillo del trinquete, un corto movimiento de giro que se transmite al husillo de la mesa. Al seguir moviendo el disco a, retrocede nuevamente la barra de empuje. El trinquete biselado resbala entonces sobre la rueda correspondiente y vuelve a introducirse en un hueco. Mediante el giro del trinquete en 180° puede variarse el sentido del avance. La magnitud del avance puede ajustarse por medio del corrimiento del gorrón. Cuando se trata de desbastado, por ejemplo, el trinquete tiene que hacer avanzar a la rueda varios dientes y para el afinado, únicamente un diente.

4.7 CONSTRUCCIÓN DE UN PROTOTIPO DE LIMADORA

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MATERIALES

ENGRANJES 

Rueda

Numero de dientes : 30 Modulo: 2.1333 

Piñón

Numero de dientes : 17 Modulo: 2.4

CORREDERA

Material: madera Número de piezas : 2 Muestra como el movimiento rotacional se convierte en un movimiento alternativo (movimiento rectilíneo de vaivén).

PERFIL CUADRANGULAR

material : acero Dimensiones: 25.5x25.5x168 mm

EJE ROSCADO LLANO Y TUERCAS

Número de ejes roscados : 4 Numero de tuercas : 24 Diámetro de los ejes roscado:

″

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MANIVELA

Elemento por medio del cual se le aplicara movimiento rotacional para que posteriormente se convierta en movimiento alternativo.

RODAMIENTOS

Permitirá la libre rotación del eje que a su vez soporta las cargas producidas por la rueda y el piñón. EJE Y DISCO MANIVELA

Como ya se mencionó el eje soportara el peso de la rueda y el piñón, mientras que el disco manivela por medio del tornillo adherido a él transmitirá movimiento al eslabón que lo conecta con la corredera.

SORPORTE

Material: madera Dimensiones: 20x220x160 mm Soportara la carga de los elementos montados en él los cuales son en su mayoría los mencionados anteriormente.

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CONCLUSIONES El trabajo en la limadora consiste en el trazado de una serie de surcos paralelos lo suficientemente próximos unos a otros, como para que pueda considerarse continua la superficie generada. La limadora mecánica permite el mecanizado de piezas pequeñas y medianas y, por su fácil manejo y bajo consumo energético, es preferible su uso al de otras máquinas herramientas para la generación de superficies planas. Para que se produzca el corte del material, es preciso que la herramienta y la pieza, o la herramienta o la pieza estén dotadas de movimientos de trabajo y de que estos movimientos de trabajo tengan una velocidad relativa. Los movimientos de trabajo necesario para que se produzca el corte son: movimiento de corte, movimiento de ajuste y movimiento de avance, la función de ejercer dichos movimientos en la limadora son la herramienta, la herramienta por medio del porta herramientas y la mesa respectivamente. En cuanto al movimiento de vaivén (movimiento de corte) de la limadora consiste en dos carreras principales:una de ida o de trabajo (carrera útil o activa) y otra de vuelta o retroceso (la carrera pasiva), siendo este último más rápido que el movimiento de trabajo. El mecanismo de WHITWORTH o también denominado de retorno rápido usado en la limadora con el fin de conseguir que la carrera pasiva sea más rápida que la activa consiste en transformar un movimiento angular en un movimiento lineal alternativo.

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RECOMENDACIONES En cuanto a las operaciones con la limadora es muy importante adecuar bien la carrera de la herramienta tal como la velocidad, el desplazamiento y la profundidad para obtener un mecanizado con alta eficiencia y buen acabado superficial.

Con referencia al mecanismo de limadora para una carrera larga, la espiga de la manivela tiene que estar muy alejada del centro del disco-manivela y contrariamente si es que se desea una carrera corta.

En cuanto a la construcción del prototipo del mecanismo de la limadora recomendamos usar antes un programa simulador de mecanismos como el “Artas Sam 6.0” antes de proceder a la construcción del mismo.

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BIBLIOGRAFÍA 1. ALREDEDOR DE LA MÁQUINAS-HERRAMIENTAS, 3ra EDICION. Heinrich Gerling. 2. ENTRENAMIENTO EN EL TALLER MECANICO, 4ta EDICION. S.F.Krar; J.W. Oswald. 3. MAGAZINE: “MI MECANICA POPULAR”, EL MANEJO DE LA LIMADORA. Edición de abril de 1954 por Sam Brown. 4. LIMADORA MECANICA. Ing. G. Castro. 5. SÍNTESIS DIMENSIONAL ÓPTIMA DE UNA VARIANTE DEL MECANISMO DE RETORNORÁPIDO DE WHITWORTH. Isidro Zabalza, Valentín Benítez, Javier Ros y Jesús M. Pintor; Departamento de Ingeniería Mecánica Energética y de Materiales de la Universidad Pública de Navarra. 6. MANUAL DE MAQUINAS HERRAMIENTAS, VOLUMEN 2. Kibbe, Neel, Meyer y White.

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monografia-limadora.pdf

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